JP2016504485A - 積層材料、その製造方法及び製造装置、並びにその使用 - Google Patents

Abstract

例えば窒化物などの材料を生成するためのＰＶＤ方法及び装置、並びに電極材料が開示される。

Description

本発明は、積層材料、その製造方法及び製造装置、並びにその使用に関する。

以下では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、限定されないが窒化物の使用について言及するが、本方法及び装置はこれに限定されないことは当業者にとって明白であろう。

本発明は、米国特許仮出願第６１／５４０５５８号明細書において述べられ、国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０６９１５６号明細書（国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレット）として更に出願された発明の発展を表すものである。これらの出願の内容は、国法によって許容される程度まで参照によって援用され、それらにおいて開示された任意の特徴又は特徴の組み合わせは、不適切でない場合は本発明に使用され得る。

本発明は、積層材料を作製するために国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレットで開示されたプロセスのうちのいくつかを適用することに関する。そのような積層材料は、デバイスの基板、又はデバイスが搭載される熱スプレッダを形成するために、ＡｌＮ又はその他の堆積材料の高熱伝導度を利用し得る。

第１の態様において本発明は、可撓性基板上の付着性被覆の積層物を提供する。

第２の態様において本発明は、本明細書中に記載するイオンビーム発生器を使用して蒸着によって積層材料を製造する装置を提供する。

第３の態様において本発明は、例えばバッテリなどの電気化学デバイスのための電極であって、電極内の少なくとも１つの活性層は蒸着によって形成される付着性層である、電極を提供する。

本発明の範囲は特許請求の範囲に時折記載される通りである。

以下の非限定的な説明において下記の図面が参照される。

国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレットで開示された、本発明の一態様に従って使用可能な装置の概略図である。 図１の装置において使用可能なプラズマ発生器の概略図である。 図１の装置において使用可能な蒸気発生器の概略図である。 図１の装置及び関連する機器の概略図である。 本発明の一態様による、図１の装置の修正の概略図である。 本発明による積層材料の概略図である。 図６の積層品の使用を例示する概略図である。 図６の積層品の使用を例示する概略図である。

定義
以下において、
「上側」、「下側」、及び「の下に」などの相対位置の用語は、図面において示される関係を示すことを意図するものであり、本発明の範囲に対する限定を含意するものではない。

「凝縮相」は、固体、液体、又はそれらの混合物を示すものと解釈されるべきである。

「イオンビーム」は、イオンを含むガス／プラズマ材料の流れを意味するものと理解されるべきであるが、これは中性種も含んでもよい。

「可撓性」は、破壊されることなしに屈曲されるか又は曲げられることが可能であることを、特に、破壊されることなしに、５メートル未満の半径を有するフォーマに合わせて曲げられることが可能であることを意味するものと理解されるべきである。

「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」は、両方の通常の意味を、すなわち「からなること（ｔｏ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」と「含む、有する、又は包含すること（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ ｃｏｎｔａｉｎ ｏｒ ｅｍｂｒａｃｅ）」とを含むものと理解されるべきである。単一の対象に関して使用される場合、この言葉は他の対象の存在を排除せず、リストに関して使用される場合、この言葉はリストが排他的であることを意味しない。

ＰＶＤ法及び装置の概要
国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレットのＰＶＤ装置の全体的な概念は、
・１つ以上の凝縮相材料供給源から蒸気を形成することが可能な１つ以上の蒸気発生器と、
・１つ以上のプラズマ発生器であって、１つ以上の中空陰極であってこれを通して延在する１つ以上の開放端チャネルを有し、チャネルが１つ以上のチャネル壁を備えチャネルの一方の端からチャネルの他方の端まで延在する長さを有して１つ以上の空間を画定する、１つ以上の中空陰極を備え、前記１つ以上の空間内でプラズマを形成することが可能である、１つ以上のプラズマ発生器と
を備え、１つ以上の蒸気発生器と１つ以上のプラズマ発生器とは、動作中に、１つ以上の蒸気発生器によって生成された蒸気が、１つ以上のプラズマ発生器によって形成されたプラズマを通して１つ以上の空間を通過し得るように配置される、というものである。

蒸気のうちのいくらかは中性種としてプラズマを通過し、いくらかはプラズマを通過する間にイオン化されてプラズマを増加させる。

プラズマを通過した後、蒸気は基板に衝突してその上に組成物を形成してもよい。

図１〜図４の例示的ＰＶＤ装置
装置１００は、図１において、及び図４においては関連する機器と共に示されており、隔壁１０３によって分離された上側チャンバ１０１と下側チャンバ１０２とからなり、隔壁１０３は、上側チャンバ１０１と下側チャンバ１０２との間を連絡するアパーチャ１０４を有する。上側チャンバ１０１及び下側チャンバ１０２は内部へのアクセスを可能にするために分離されてもよいが、代替のアクセス手段（例えば扉又はポート）が真空技術における当業者によって容易に想到され得る。

アパーチャ１０４の下に蒸気発生器１０５（図３により詳細に示す）がある。

上側チャンバ１０１内には、プラズマ発生器１０６（プラズマ発生器１０６の有用な形態が図２により詳細に示されている）と、基板１０８が搭載され得る基板マウント１０７とがある。

プラズマ発生器１０６は空間１１０を含み、この内部では動作中にプラズマ１１１が生成され、プラズマ１１１は空間１１０の領域の外側に延在し得る。図示されているプラズマ発生器１０６は環状の形態であるが、他の配置（例えば対向するプレート陰極、螺旋状陰極−「プラズマ処理技術のための高周波中空陰極（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（Ｉ．Ｂａｒｄｏｓ、Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ８６−８７（１９９６年）６４８〜６５６ページ）を参照）が、プラズマが内部で生成され得る空間を提供するために使用されてもよいということは容易に理解できる。

国際公開第２００９／０９２０９７号パンフレットでは、中空陰極の環状コアがスパッタリングターゲットとして機能する同心中空陰極デバイスについて述べられている。国際公開第２００９／０９２０９７号パンフレットのデバイスは、一方の端において閉じられているため本発明における使用には適さない。

プラズマは、（例えばガス入口１１２を通して）上側チャンバ１０１内に導入されるガスから生成される。省略可能なガス清浄器１１３が、チャンバ内の酸素及び／又は水蒸気の含有率を低下させるためにチャンバ内に備えられてもよい。使用されるガスに応じて、ガス清浄器１１３はコールドトラップ及び／又は酸素ゲッターを含んでもよい。コールドトラップの例としては、酸素及び／又は水を収集するために液体窒素が使用されるマイスナートラップが含まれる。（但しマイスナートラップは一般に、アンモニアが窒素源である場合は役立たない）。酸素ゲッターの例としては、例えば、プロセスチャンバから酸素及び水分をゲッターで取り除くために使用される反応性金属のマグネトロンスパッタ源が含まれる。好適な反応性金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又はＹが含まれる。

蒸気発生器１０５及びプラズマ発生器１０６は、両方が動作している場合に、蒸気発生器１０５によって生成された蒸気１１４がプラズマ１１１を通過するように配置される。

図２にプラズマ発生器１０６の有用な形態を示すが、本発明は図示されている特定の幾何学的配置に限定されるものではない。水冷式（水冷却は図示せず）環状陰極バッキング１１５は、内部でプラズマが生成される空間１１０を画定する環状陰極フェーシング１１６を収容する。図示されているように、空間１１０は（チャネルの一方の開放端から他方までの）長さと直径とを有する円筒状の形態である。陰極フェーシング１１６は任意の好適な材料のものであってもよいが、陰極フェーシング１１６からスパッタされる何らかの材料が、作製される材料を汚染する可能性が低くなるように、作製される材料と共通の元素を有するように選択されることが好ましい。例えばＡｌＮを作製する場合、陰極フェーシングがアルミニウム、例えばシックスナイン純度のＡｌのものであることは有用であり得る。

２列の磁石１１７が陰極バッキング１１５と陰極フェーシング１１６との間に収容される。一方の列の磁石は内側に面してＮ極を有し、他方の列は内側に面してＳ極を有する。結果として得られる磁束１１８は、空間１１０の長さの実質的な部分（例えば長さの５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超）にわたって陰極フェーシング１１６と平行に整列される。陰極フェーシング１１６から離れた磁石１１７の端をヨーク（図示せず）が接合してもよく、これにより磁石１１７は、ヨーク及び空間１１０内の磁束１１８と共に磁気回路の一部を形成する。１つ以上の電磁石が同じ効果をもたらし得ることは明らかであろう。

陰極ハウジング１１９は陰極バッキング１１５及び陰極フェーシング１１６から電気的に絶縁されて、陰極バッキング１１５及び陰極フェーシング１１６に対する陽極として機能し、陰極バッキング１１５の外側上にプラズマが形成されるのを防止する働きをする。好都合には陰極ハウジング１１９は陰極バッキング１１５から分離されて、いわゆる暗黒部１２０を形成する。「暗黒部」は、動作圧力における電子の平均自由行程と比較して小さな狭い空間であり、ハウジング１１９と陰極バッキング１１５との間にプラズマ放電がないことをもたらす。プラズマは陰極フェーシング１１６の表面のみに限定され、暗黒部内ではガスのイオン化がなく、陰極からの電子は放電を励起せずに陰極ハウジングに到達する。陰極ハウジングを省略し、上側チャンバ１０１の壁を陽極として使用することが可能であるが、チャンバの壁が暗黒部シールドのために使用され得ない限り、それにより漂遊プラズマと、望まれない場所における堆積材料の過剰な生成とがもたらされる。

図３は、本発明において使用可能な蒸気発生器１０５を示す。蒸気発生器１０５は、材料、例えば基板１０８上に堆積される組成物の第１の成分の、凝縮相供給源に電子ビームを向けるように動作可能な電子ビーム発生器を含んでもよい。蒸気発生器はその上面上に、坩堝１３５を受け入れるためのくぼみ１３４を含む。電子銃（図示せず）が蒸気発生器の下面上に置かれ、磁石（図示せず）が、電子銃からの電子ビーム１３６を、坩堝１３５内に保持されている材料に衝突するよう曲げるために動作可能である。そのような蒸気発生器は既知であり、好適な装置はテメスカル・コーポレーション（Ｔｅｍｅｓｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）モデルＳＦＩＨ−２７０−２である。

図４は、図１の装置を関連する機器と共に示す。下側チャンバ１０２は、ゲートバルブ１２１を介して真空ポンプ１２２（例えばエドワーズ（Ｅｄｗａｒｄｓ）モデル３０）に接続される導管１０９を有する。低温ポンプが好ましい場合がある。

システム内の圧力を測定するために、圧力ゲージ１３７及び１３８がそれぞれ下側及び上側チャンバ１０２、１０１に接続される。圧力ゲージ１３７及び１３８は、経験される圧力及びガスに好適な任意のタイプのものであってもよい。一般に、圧力ゲージ１３７については、１０^−６〜１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−６〜１３３．３×１０^−３Ｐａ）の程度の圧力が経験される可能性があるため、イオンゲージが使用されてもよい（ゲージは例えばグランヴィル・フィリップス（Ｇｒａｎｖｉｌｌｅ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ）モデル２７０によって制御されてもよい）。圧力ゲージ１３８については、経験される圧力が下側チャンバにおけるよりも高い可能性があるため、バラトロン（例えばエム・ケー・エス（ＭＫＳ）モデル１２５ＡＡ）が一般に使用されてもよい。本発明はいかなる特定の圧力測定方法にも限定されるものではない。

下側チャンバ内の圧力が上側チャンバ内の圧力より低いそのような配置は、低圧において電子ビーム源が最も良好に働き、下側チャンバ内で低圧を維持することによってフィラメントからグラウンドへの高電圧アーク放電が防止され、同時に、中空プラズマ発生器が窒素含有ガスを効率的にイオン化することを可能にするための十分なガス圧力が上側チャンバ１０１内で可能になるという利点を有する。

ガスの適用及びプラズマ発生に先立って金属蒸気によって中空陰極の表面を金属で被覆することが決定される場合、選択的な動作のために上側チャンバと下側チャンバとの間にシャッタが搭載されてもよい。

プラズマ発生器１０６の陰極バッキング１１５は（図２に示す）電圧源に取り付けられ、示される実施形態ではこの電圧源は、マッチングネットワーク１２４（例えばドレスララー（Ｄｒｅｓｓｌｅｒ）モデルＣＥＳＡＲ）を介して取り付けられるＲＦ発生器１２３（例えばドレスラー（Ｄｒｅｓｓｌｅｒ）モデルＣＥＳＡＲ）である。

隔壁１０３はスチール又は軟磁性材料のようなもので作られてもよく、必要に応じて、プラズマ発生器１０６の磁界と蒸気発生器１０５の磁界との相互作用を阻止し、特にプラズマ発生器１０６の磁界と電子ビーム１３６との相互作用を阻止する磁気遮蔽を提供するために、陰極ハウジング１１９（図２に示す）に接続されてもよい。

基板マウント１０７は、基板マウント１０７の温度を測定する熱電対１２７に接続された電力コントローラ１２６（例えばユーロサーム（Ｅｕｒｏｔｈｅｒｍ）モデル１２２６ｅ）によって制御される電源１２５（例えばユーロサーム（Ｅｕｒｏｔｈｅｒｍ）ＳＣＲ ４０）から電力を供給される電気抵抗加熱チャックの形態である。加熱される基板マウント、電源、及び電源コントローラのそのような配置により、基板マウントの、従って基板の温度が所望の値に維持されることが可能になる。（例えば基板１０８の表面の高温測定による）基板表面の温度の測定により、特に基板が厚い場合に、より優れた制御が提供され得る。基板１０８は３本のバネ荷重ピン（図示せず）によって基板マウント１０７に接して保持されるが、任意のその他の好適な手段が使用されてもよい。

第２のＲＦ発生器１２８（例えばドレスラー（Ｄｒｅｓｓｌｅｒ）モデルＣＥＳＡＲ）が、第２のマッチングネットワーク１２９（例えばドレスラー（Ｄｒｅｓｓｌｅｒ）モデルＣＥＳＡＲ）を介して基板マウント１０７に取り付けられる。

マスフローコントローラ１３０（例えばユニット・インスツルメンツ（Ｕｎｉｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）モデルＵＦＣ１０００）が、ガス入口１１２（図１に示す）へのガス１３１の供給を制御する。

シャッタ１３２が、プラズマ発生器１０６と基板マウント１０７との間に備えられる。シャッタ１３２によって、基板１０８上への汚染物質及び蒸気の堆積が阻止又は防止される。シャッタはまた、堆積に先立つ基板のプラズマエッチ清浄化中の、基板から中空陰極上への堆積を阻止し、中空陰極プラズマが平衡に到達する間の、中空陰極から基板上への堆積を阻止する働きをする。

シャッタ１３２は、以下で説明する装置の内部検査のためのペリスコープ（図示せず）を備えてもよい。

蒸気発生器電源１３３が蒸気発生器１０５に電力を供給する。

図１〜図４の装置の一般的な動作
本装置は以下の一般的なステップにおいて動作され得るが、ステップ及び手順において修正が行われても依然として本発明の目的／特徴を達成することが可能であるということを理解されたい。基板１０８が基板マウント１０７上に搭載されてもよく、材料（例えばガリウム又はアルミニウム、その合金、又はその他の所望の成分）の凝縮相供給源が坩堝１３５内に配置されてもよい。シャッタ１３２は、プラズマ発生器１０６と基板１０８との間の所定の位置にある。上側及び下側チャンバ１０１、１０２を排気するためにシステムがポンプダウンされる。この段階におけるチャンバ内の一般的な圧力は約１０^−６Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−６Ｐａ）であるが、これよりも高い及び低い他の圧力が使用されてもよい。

圧力が下がったら、以下がいずれかの順序で行われてもよい。
・電源１２５がオンにされて基板マウント１０７に、基板１０８に熱が供給され、所望の生成物のための適切な温度にされる。例えば結晶性ＡｌＮの堆積のためには８５０℃が使用されてもよいが、その他の温度が使用されてもよく、適切な温度は基板及び堆積材料に依存する場合がある。
・ＲＦ発生器１２８がオンにされて基板マウント１０７に、基板１０８にＲＦが供給され（従来知られているように直流バイアスがもたらされ）、ガス入口１１２のうちの１つ以上を通してチャンバ内にアルゴンが導入される。上側チャンバ内のＡｒ（又はその他の不活性ガス）の圧力は１０^−３〜５×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−３〜６６６．５×１０^−３Ｐａ）であってもよく、適用されるＲＦ電力は約５０〜１００ワットで２５０〜３００ボルトの基板バイアスがもたらされてもよいが、３００〜４００Ｖの範囲内の電圧が使用されてもよい。

これは基板１０８を好適な堆積温度にし、Ａｒ照射によって基板を清浄化するために役立つ。ボンバードメントは一般に５〜１０分間行われ得る。清浄化ステップにおいてアルゴン以外の不活性ガス（例えばＮｅ、Ｋｒ、又はＸｅ）が使用されてもよく、不活性ガスの混合物が使用されてもよい。

次にアルゴンの供給がオフにされ、ＲＦ発生器１２８がオフにされる。

次に蒸気発生器電源１３３がオンにされ、電子ビーム電流が増加されて凝縮相材料供給源の加熱が開始される。一般にこの目的は、過剰な沸騰によって材料をはね散らすことも、不純物又は捕獲ガスをガス放出することもなしに、凝縮相材料供給源の温度を、これが融解し堆積のための有効な高い蒸気圧を有する温度まで増加することである。適切な加熱を確実にするよう凝縮相材料供給源を観察できることは有用であり得る。例えば蒸気発生器が（例えば図３に示すような）電子ビームデバイスである場合、適切な整列を確実にするよう凝縮相材料供給源上の電子ビームの入射角を観察することは有用であり得る。シャッタ内の又は下側チャンバ１０２内に置かれたペリスコープが、この目的のために使用されてもよい。

この加熱プロセスの間に、凝縮相材料供給源上の表面汚染物質は気化され得る。シャッタ１３２によって、基板１０８上への汚染物質及び蒸気の堆積が阻止又は防止される。

凝縮相材料供給源が融解したら、凝縮相材料供給源上で生成された汚染物質は気化されるか、又は沈下するか、又は融解した材料の縁に浮上する。

アルゴン、又はＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどのような任意のその他の不活性ガスが、Ｅビーム中で蒸発される材料上に注入されてもよい。アルゴン又はその他の不活性ガスは、融解した表面材料と反応ガスが反応する可能性を低下させる。一般に、融解した金属表面上を覆うこのアルゴンがなければ、ＡｌＮが表面上に形成されて、融解した表面からＡｌ蒸気が離れることが防止され、表面上のＡｌＮがＥビームによってスパッタされてＡｌ＋ＡｌＮの粒子がＥビーム源から基板上に放出されることがもたらされる。本明細書中に記載する他の供給源材料について、融解及び気化の間に供給源材料を保護するために、これらの同じ手順が実施されてもよい。

１つ以上の反応ガス（例えば窒化物の生成のためにはＮ_２、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_２又はその他の窒素水素化物又は窒素含有化合物が、酸化物の生成のためには酸素含有ガスが、フッ化物の生成のためにはフッ素含有ガスが、混合生成物（例えばオキシナイトライド）のためには、必要な元素を含む単一ガス又はガスの混合物が使用されてもよい）が、ガス入口１１２のうちの１つ以上を通して上側チャンバ内に導入されてもよい。基板１０８の照射を補助するためにいくらかのアルゴンも反応チャンバ内に導入されてもよく、なぜならこれにより堆積材料の特性が向上し得るからである。上側チャンバ１０１内の一般的な圧力は約１０^−４〜１０^−２Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−４〜１３３．３×１０^−２Ｐａ）（例えば１×１０^−３〜５×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−３〜６６６．５×１０^−３Ｐａ）、１×１０^−３〜２×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−３〜２６６．６×１０^−３Ｐａ）、又は３×１０^−３〜５×１０^−３Ｔｏｒｒ（３９９．９×１０^−３〜６６６．５×１０^−３Ｐａ））である。下側チャンバ１０２内で経験される圧力は通常はより低く、例えば上側チャンバ１０１内で経験される圧力の約半分か又は５分の１〜１０分の１である。例えば圧力は上側チャンバ内で１×１０^−３〜２×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３×１０^−３〜２６６．６×１０^−３Ｐａ）の範囲内、及び下側チャンバ内で３×１０^−４〜５×１０^−４Ｔｏｒｒ（３９９．９×１０^□４〜６６６．５×１０^−４Ｐａ）であってもよいが、その他の圧力及び２つのチャンバ間の圧力差が使用されてもよい。

１０００ｌ／分を超える排気速度で、蒸気発生器の動作圧力は５×１０^−４Ｔｏｒｒ（６６６．５×１０^−４Ｐａ）未満であってもよく、プラズマ発生器の動作温度は１〜２×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３〜２６６．６×１０^−３Ｐａ）であってもよい。反応ガス供給速度（使用される場合）は２〜５ｓｃｃｍ（３．３８〜８．４５×１０^−４Ｐａ・ｍ^３／秒）（あるいはこの範囲より上又は下）であってもよく、融解物（供給源材料）を覆う不活性ガス供給速度は例えば１０ｓｃｃｍ（１６．９×１０^−４Ｐａ・ｍ^３／秒）以下であってもよい。これらは例であり、これらの範囲のうちの任意のものの代わりに他の量が使用されてもよい。

上側チャンバ１０１が適圧になったら、ＲＦ発生器１２８がオンにされて、基板マウント１０７に、基板１０８に１５〜２５ワットが供給され、８０〜１５０ボルトのＲＦバイアスがもたらされ、ＲＦ発生器１２３がオンにされて、プラズマ発生器１０６の陰極にＲＦが供給されてもよい。ＲＦ発生器１２３の一般的なバイアスは約３５０ボルトである。

蒸気発生器に印加されたＲＦは空間１１０内のプラズマ放電１１１を開始させ、存在するガスのイオン化をもたらし、放電は、蒸気発生器１０５又は基板１０８のいずれか又は両方に向けて、空間１１０の領域の外に延在し得る。

蒸気発生器１０５からの蒸気１１４は、プラズマ１１１内のイオン化ガスと反応し得る。例えば供給源材料としてのＡｌ及び反応ガスとしての窒素の場合、ＡｌＮがシャッタ１３２上に形成され始める。シャッタ１３２を除去すると、蒸気１１４及び／又はプラズマ１１１は基板１０８に到達して、基板上の堆積を開始し得る。基板へのＲＦバイアスの印加により局所的なプラズマ発生がもたらされ、堆積する材料の表面の照射が補助される。非晶質の堆積については、基板にバイアスが印加されないことが好ましい。

堆積の速度は測定され得る（例えば堆積モニタ、例えばインフィコン（Ｉｎｆｉｃｏｎ）モデルＵ２００を使用することによって）。基板材料に応じて１００〜１１００℃の堆積温度が使用され、堆積速度は０．１〜６０μｍ／時、一般には４０〜６０μｍ／時であったが、本発明はこれらの温度にも堆積速度にも限定されない。

堆積材料が必要な厚さ又は深さに到達したら、以下が行われてもよい。
・シャッタ１３２が閉じられる
・基板マウント１０７及びプラズマ発生器１０６へのＲＦの供給がオフにされる
・全てのガスがオフにされる
・基板マウント１０７へのヒータがオフにされる
・蒸気発生器への電力がオフにされる（固化しつつある材料内での空隙の形成を回避するために、これは徐々に行うのが最良である）
・真空チャンバが大気圧に到達するまで真空チャンバ内に窒素が注入される
・基板温度が５００℃未満になったら真空チャンバが開かれる
・基板１０８が取り出される（必要に応じて適切な時間にわたって冷却した後に）

上記では、図示された装置を用いた手順を説明した。堆積される材料の性質に応じて装置が異なる方法で使用され得ることは明らかであろう。例えばガスの組成はプロセス中に変更されてもよく、蒸気の組成は、例えば代替の蒸気源の間を切り替えることによって変更されてもよい。プロセスの制御は、例えばナショナルインスツルメンツ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）ＬａｂＶＩＥＷなどを使用したコンピュータ制御によって自動化されてもよい。

堆積プロセスの具体例
比較例１
本比較例は国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレットからのものである。

図１〜図４の装置の坩堝内に純Ａｌ（ファイブナイン純度）を配置することによって窒化アルミニウムが作製された。シリコン基板が基板マウントに固定された。Ｓｉ又はその他の材料であってもよい基板１０８が基板マウント１０７に搭載され、一般に８５０℃まで加熱された。

（一般に、この実施例に限定されることもこの実施例によって限定されることもなしに、基板は、基板材料の融解又は堆積温度未満の温度まで加熱され、この温度は有用には、基板の膨張係数と膜の膨張係数とが２０％超又は３０％超などのように大幅に異なる場合の反りを回避するために、基板材料の融解温度より十分低くてもよい。

一般に、代表的な基板温度は、基板材料と、堆積材料（例えばＡｌＮ）の必要とされる結晶性とに応じて、２５０〜１０００℃のどこかにある。様々な基板上のＡｌＮの堆積のための一般的な温度としては、以下に限定されないが、銅及びアルミニウム上の堆積のための３００℃±５０℃、並びにＳｉ、ＳｉＣ、及び酸化アルミニウム（サファイア）上の堆積のための８００℃±５０℃が含まれる。

本発明はこれらの温度範囲にも材料にも限定されず、好適な材料の更なる例を以下に示す。）

ＮＨ_３、Ｎ_２、及びＡｒガスが、ガス入口１１２によって上側チャンバ１０１に導入された（一般的な比率は５０％のＮＨ_３、３５％のＮ_２、及び１５％のＡｒであった）。上側チャンバ１０１内の圧力は約３〜５×１０^−３Ｔｏｒｒ（３９９．９〜６６６．５×１０^−３Ｐａ）、下側チャンバ１０２内では約３〜５×１０^−４Ｔｏｒｒ（３９９．９〜６６６．５×１０^−４Ｐａ）であると観察されたが、上側チャンバ１０１内での約１〜５×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３．３〜６６６．５×１０^−３Ｐａ）の圧力、及び下側チャンバ内での約３〜７×１０^−４Ｔｏｒｒ（３９９．９〜９３３．１×１０^−４Ｐａ）の圧力が観察されている。

示された成長速度は４０μｍ／時を超え、時折８０μｍ／時を超え、堆積材料のＸＲＤでは六方晶系ＡｌＮが示された。

これらの手順に続いて、ＡｌＮが、Ｓｉ、Ａｌ、サファイア、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、Ｃｕ、及びＴａ上に、マシン内での剥離も亀裂もなしに正常に堆積された。堆積したＡｌＮ膜は透明であった。

比較例２
金属又はグラファイト又はダイヤモンドのシートあるいは坩堝が、同じ真空チャンバ内の電子ビーム炉床の上方の基板マウントに取り付けられた。チャックは電子ビーム炉床に向かって下向きであった。真空チャンバは、一般的には５×１０^−６Ｔｏｒｒ（６６６．５×１０^−６Ｐａ）未満にポンプダウンされ、３×１０^−３Ｔｏｒｒ（３９９．９×１０^−３Ｐａ）までＡｒで再充填された。例えば１３．５６ＭＨｚなどの任意のレンジを有するＲＦ発生器が基板マウントに取り付けられ、基板を清浄化するために、一般的には１００Ｗにおいて１０分間にわたってオンにされた。ＲＦ発生器はオフにされ、真空チャンバは再び５×１０^−６Ｔｏｒｒ（６６６．５×１０^−６Ｐａ）未満にポンプダウンされた。基板マウントの温度が８００℃に増加された。電子ビームがオンにされてＡｌが融解され、堆積速度は約０．３ｎｍ／秒にされた。この速度は、電子ビームの電力を増加することによって、本明細書中に記載される速度まで増加され得る。Ａｒが約３ｓｃｃｍ（５．０７×１０^−４Ｐａ・ｍ^３／秒）においてオンにされ、ＮＨ_３が約１０ｓｃｃｍ（１６．９×１０^−４Ｐａ・ｍ^３／秒）においてオンにされ、下側チャンバで測定される約６×１０^−４Ｔｏｒｒ（７９９．８×１０^−４Ｐａ）の真空圧がもたらされた。

中空陰極に取り付けられたＲＦ発生器がオンにされ、これによりプラズマが生成されてＮ_２がイオン化された。基板マウントに取り付けられたＲＦ発生器もオンにされ、これにより一般的には１２０〜１４０ボルトの基板上の自己バイアスが生成された。このバイアスは、堆積されるＡｌＮをＡｒイオンが照射することを引き起こし、非常に高密度の結晶性膜がもたらされた。

次に、電子ビーム銃と坩堝との間のシャッタが開かれた。シャッタは一般的には１５分間にわたって開かれ、約１５μｍのＡｌＮ堆積がもたらされた。シャッタが閉じられ、電子ビームがオフにされ、ＲＦ発生器がオフにされ、ガスがオフにされた。チャックヒータがオフにされた。チャックが５００℃に到達したとき、真空チャンバは大気圧までＮ_２で再充填された。真空チャンバが開かれ、金属又はグラファイト又はダイヤモンドのシートあるいは坩堝が取り出された。

生成されたＡｌＮ被覆は金属、グラファイト、及びダイヤモンドに対する優れた付着性を有し、被覆基板は、ＡｌＮの亀裂も剥離もなしに１１００℃までヒートサイクルされた。１１００℃までヒートサイクルされた、５μｍのＡｌＮ被覆を有するグラファイト基板は、ＡｌＮ膜の分解を示さなかった。１１００℃まで加熱された、ダイヤモンド被覆されたシリコン基板上の１５μｍの膜は、ＡｌＮ膜の分解を示さなかった。そのようなＡｌＮ被覆された高熱伝導度材料は、温度管理において使用され得る。

本質的に同じ手順に従って、
・ＡｌＮがＣｕ上に１５μｍの厚さまで、ＡｌＮの亀裂も剥離もなしに堆積された。
・ＡｌＮがダイヤモンド上に１５μｍの厚さまで、ＡｌＮの亀裂も剥離もなしに堆積された。
・ＡｌＮがシリコンウェハ上に１００ｎｍ〜１５０μｍの範囲の厚さで、亀裂も剥離もなしに堆積された。

より大きな厚さが容易に達成可能である。

実施例１
比較例１の装置及び方法を使用して、厚さ５μｍのＡｌＮ層が、厚さ０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）のＴａシート上に被覆され、被覆されたＴａシートは次に、直径９．５ｍｍ（０．３７５インチ）の管状に丸められた。ＡｌＮの剥離も亀裂も観察されなかった。

そのような材料は非常に可撓性があるとみなされる。上述のように本明細書では、可撓性は、破壊されることなしに屈曲されるか又は曲げられることが可能であることを、特に、破壊されることなしに、５メートル未満の半径を有するフォーマに合わせて曲げられることが可能であることを意味するものと理解されるべきである。

材料及び厚さを適切に選択することにより、基板、又は基板と被覆基板との両方が、１メートル未満、又は５０ｃｍ未満、又は２０ｃｍ未満、又は１０ｃｍ未満、又は５ｃｍ未満、又は更には実施例１におけるように１ｃｍ未満の半径を有するフォーマに合わせて曲げられた場合に、破壊されることなしに屈曲されるか又は曲げられることが可能である。

本発明によれば、堆積材料と基板との間に中間領域が存在し得る。この中間領域は、堆積材料とも基板自体とも異なる組成又は構造を有してもよい。中間領域は、堆積材料を形成する１つ以上の成分と基板を形成する１つ以上の成分との反応生成物であってもよい。

この中間領域は、堆積の最初の段階の反応によって生じて堆積材料の残りの厚さがその上に形成されてもよく、又は、堆積材料と基板との後続の反応によって生じてもよく、又は更には、基板とも堆積材料とも明確に異なる化学組成を必要に応じて有し得る別途施される層であってもよい。

図６は層状設計の一例を示す。図６（一定の縮尺率ではない）には積層物４００が示されている。基板４０１は、基板の表面に付着された層４０２を有してもよい。層４０２は、堆積層４０５と基板４０１との間に挟まれた中間領域４０３を有してもよい。中間領域４０３は、堆積層４０５とは異なる組成又は化学構造を有してもよい。中間領域４０３は、膜４０５を形成する１つ以上の成分と基板４０１を形成する１つ以上の成分との反応生成物であってもよい。

一例として、本発明を限定することなしに、基板４０１は任意の可撓性材料、例えば銅であってもよく、膜領域４０５はＡｌＮであってもよく、ここで中間領域４０３は、アルミニウム、窒素、及び／又は窒化アルミニウムと、基板を構成する１つ以上の成分との反応生成物を含む。

本発明は、基板との反応によって形成される中間層、及び意図的に形成される中間層の両方を企図するものである。そのような積層物は温度管理のためのヒートシンクとして使用され得る。

一例として、金属、セラミック、ガラス、又は更にはプラスチック可撓性基板などの可撓性基板上に堆積された膜としての窒化アルミニウムは、窒化アルミニウムの特性により優れた温度管理特性を提供できる。例えば膜は２１０Ｗ／ｍＫ〜３１９Ｗ／ｍＫの、例えば２１０〜２７５Ｗ／ｍＫ又は２１０〜２５０Ｗ／ｍＫなどの熱伝導度を有し得る。

基板上に位置する窒化アルミニウムは、以下の追加の特性のうちの１つ以上を有し得る。

温度管理は任意のデバイス、例えば、ＣＰＵ、発光デバイス（例えばＬＥＤ）、電話、スマートデバイスなどのような電子デバイスのためのものであってもよい。例えば積層物４００は基板に付着された材料層を含み、層及び基板のいずれか又は両方が高熱伝導度材料のものであってもよい。

例えば、一般的にはポリマー材料又は樹脂から作製される、熱の良導体ではないプリント回路（ＰＣ）基板又はマウント（又はサブマウント）の代わりに、銅のような金属基板に付着された窒化アルミニウムなどの材料がヒートシンクとして使用されてもよい。高い熱伝導度を有するその他の基板としては、例えば以下に限定されないが、その他の金属、グラファイト、及びダイヤモンドが含まれる。

本発明によれば、集積回路（ＩＣ）又はコンピュータチップなどの１つ以上のチップがインターコネクト又はバンプを介して積層物に接続され得、膜（例えば窒化アルミニウム）の誘電的性質により、別個の絶縁層の必要なしに、インターコネクト又はバンプは金属で作製され得る。

代替として、本発明の積層物ヒートシンクは、マウント又はＰＣ基板上に位置するか、あるいはマウント又はＰＣ基板自体であってもよい。

一例として、本発明の積層物ヒートシンクは発光ダイオードデバイスのためのヒートシンクであってもよく、ここで、ダイ（１つ又は複数）がヒートシンク上に位置し、本発明の積層物ヒートシンクのために使用される膜の誘電的性質により、ダイとヒートシンクとの間に別個の絶縁体は必要とされない。

図７及び図８はこれらの特徴の例を示す。図７に示すように、マウント又はＰＣ基板４１３を、搭載されたＩＣチップ４１９と共に含む組立体４１０が示されている。

マウント又はＰＣ基板４１３は、マウント又はＰＣ基板４１３に付着された最上部に位置する本発明の積層物４１５を有してもよい。積層物４１５は基板４１６を含んでもよく、これは本発明において特定された基板のうちの任意のものであってもよいが、この実施形態のためには、基板は銅などの良好な熱伝導基板であることが好ましい。

基板上には、例えば窒化アルミニウム又は良好な熱伝導性を有するその他の材料の層４２１が位置する。ＩＣチップ又はその他の電子部品からのバンプ４１７は、チップ４１９を固定し良好な熱伝導性を提供する目的のために、層４２１に接続されてもよい。

代替の例において、図８は、基板４１６と熱伝導層４２１とを有する本発明の積層物４１５がマウント又はＰＣ基板自体として働き得る場合を示す。１つ以上のＩＣチップ４１９が、バンプ４１７によって層４２１に取り付けられてもよい。

図７及び図８ではバンプが示されているが、ＩＣチップ４１９と層４２１との間の良好な熱伝導性を提供するその他の手段、例えば金属又はその他の高熱伝導度層が企図される。

装置の修正
代替の配置
図１〜図４の例示的装置では、単一の蒸気発生器と、単一の空間を有する単一のプラズマ発生器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
・単一の蒸気発生器が、２つ以上の空間を有するプラズマ発生器に供給してもよく
・単一の蒸気発生器が、１つ以上の空間を有する２つ以上のプラズマ発生器に供給してもよく
・２つ以上の蒸気発生器が、１つ以上の空間を有する単一のプラズマ発生器に供給してもよく
・２つ以上の蒸気発生器が、１つ以上の空間を有する２つ以上のプラズマ発生器に供給してもよい。

図１〜図４の例示的装置では、単一の固定された基板マウント上に搭載された単一の基板を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、
・単一の基板マウント上に搭載された複数の基板、
・可動基板マウント（例えば回転又は摺動され得るマウント）
・可動基板マウント、及び依然として真空下にある間に基板を装置から取り出すことを可能にするためのエアロック
を企図するものである。

基板の取り扱いにおける多くの専門技術が半導体加工の分野において開発されており、本発明は、本発明に有用に適用され得るあらゆる既知の技術の使用を企図するものである。

本発明は可撓性基板上の堆積に関するため、いくつかの修正が適用され得る。図５は本発明の一態様による装置を示し、これは連続的又は半連続的動作のために可撓性基板のロール上に膜を形成することを含む。

図１に類似した図５に示すように、銅のロールなどの可撓性基板のロール５００が装置１００内に送り込まれて基板１０８として働いてもよく、基板上に膜が堆積されて被覆基板又は積層物５０４が形成されてもよく、次にこれは必要に応じて積層物ロール５０２に巻き戻されてもよい。基板１０８上に形成される膜の所望の堆積速度及び所望の厚さに適合するように、基板は段階的に送り込まれるか又は一定の速度で送り込まれてもよい。図５の装置は図１の装置の特徴のうちの任意のもの又は全てを含んでもよいが、何らかの更なる特徴が必要とされてもよい。

上述の図５の装置は、チャンバ１０１に空気が入るのを防止するための何らかの形態の真空ゲートを必要とする。代替の構成では、ロール５００及び積層物ロール５０２の両方が上側チャンバ１０１の内部に収容されてもよく、又は図５の破線で示す排気可能チャンバ５１０及び５１２内に、それぞれロール５００及び積層物ロール５０２のロード及びアンロードを可能にするために排気可能チャンバ５１０及び５１２を閉鎖するように動作可能なエアロックと共に収容されてもよい。

必要に応じて、堆積に先立ってロール（又は巻き出される際の可撓性基板）を清浄化するために、別個の加熱セクションがＲＦ発生器と共に備えられる。

本出願人はこの仮説によって束縛されることを望まないが、ＡｌＮ被覆の場合、熱処理においてＡｌＮが少なくとも部分的に酸化されて、ことによるとアルミニウムオキシナイトライド層が少なくとも部分的に形成されることが疑われる。本発明は、施される窒化物被覆、特に、限定されないがＡｌＮ被覆が、高温にさらすことによって酸素含有材料に更に変更されるプロセスを企図するものである。この材料は酸素含有ガスであってもよく、あるいは液体又は固体の酸素含有反応体との接触に由来してもよい。

ＡｌＮ被覆の場合、本発明は、例えばＡｌＮの堆積の最終段階の間に酸素含有ガス（例えばＯ_２、Ｈ_２Ｏ、又は酸化窒素）を導入することによる、堆積のプロセスの一部である酸化を更に企図するものである。

本発明は、被覆全体にわたってアルミニウムオキシナイトライドを提供するための、ＡｌＮの完全な酸化を更に企図するものである。

被覆の前に表面粗さを低下させることは、被覆内の欠陥を減少させるのに役立ち得る。

上述のプロセスは一般に、１つ以上の堆積層を可撓性基板上に含む積層物品を製造するために使用され得る。実施例においては、層の堆積のための可能性のある基板として金属が言及されたが、本発明はより広い適用可能性を有し、基板への材料損傷なしに付着性の堆積を受け入れることが可能な任意の可撓性基板上の堆積を包含する。

一般に基板は、２００℃を超える、又は３００℃を超える、又は４００℃を超える融解又は分解温度を有し得る。基板としては例えば金属、ガラス、セラミック、ガラスセラミックや、例えばグラフェン、官能化グラフェン、剥離グラファイトなどの炭素系材料や、炭素系材料を含む複合材料や、ポリマーが、基板の融解温度が堆積のプロセスにおける損傷に耐えるのに十分なほど高い限り含まれ得る。基板は結晶性、部分結晶性、又は非晶性であってもよい。ポリマーが使用される場合、これは熱硬化性又は熱可塑性であってもよいが、加工中の損傷に耐えるという点で熱硬化性ポリマーがより良好であり得る。

付着性の堆積とは、積層物品の通常の使用において亀裂も剥離も示さない堆積を意味する。これは付着性の堆積を有する基板が、基板又は層の融解温度（いずれか低い方）の２０％以内の温度などの高温にさらされた後で、より低い温度（例えば２５℃）に戻された後でさえ、亀裂も剥離も発生しないことを含み得る。付着性はその他の方法（例えば低温側と高温側との間のサイクル）によって試験され得る。

基板（１つ又は複数）に付着される堆積層は、酸化物が意図されない場合、低い酸素含量を有し得る。例えば金属又は金属窒化物又はその他の非酸素含有の層が基板（１つ又は複数）上に堆積され得、ここで、層は低い酸素含量を有する。そのような層の酸素含量は３００ｐｐｍ未満、例えば約１ｐｐｍ〜２９９ｐｐｍ、又は３ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ、又は１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍなどであり得る。本発明のプロセスにより、ガス状不純物及び／又は金属不純物などのその他の不純物は非常に低くなり得る。例えば９９．９９９％又は９９．９９９９％の純度などの非常に高い純度を有する気化される供給源材料を使用する場合、膜内の他の全ての不純物（ガス状及び／又は金属又は他の全体の不純物）は、１０ｐｐｍ未満であり得、５ｐｐｍ未満であり得、約１ｐｐｍ又は１ｐｐｍ、例えば１ｐｐｍ〜５ｐｐｍであり得る。

本発明によれば、基板上に堆積される層は、基板の全堆積表面を通して例えばわずか±５％などの優れた被覆均一性を有し得る。本発明によれば、基板上の堆積層は、３００倍又は５００倍の倍率において、識別可能な空隙もピンホールも有さないことが可能である。基板に付着される堆積層は、約０．１ミクロン〜２ｍｍ以上など、例えば０．１ミクロン〜２ｍｍ、０．１ミクロン〜１ｍｍ、１０ミクロン〜５００ミクロン、１０ミクロン〜１００ミクロンなどの、任意の所望の厚さを有し得る。

基板は、その上に膜を堆積させるのに先立って、表面の清浄化、硫酸処理、表面の研磨（例えば電解研磨）などの任意の従来の技法を用いて前処理されてもよい。これらの様々な清浄化又は研磨ステップは、基板材料に関連する任意の従来の技法を使用して行われてもよい。同様に、基板上に膜が堆積された後、任意の形状を有し得る積層物は、任意の数の後処理、例えば以下に限定されないが、清浄化処理、任意の様々な温度又は圧力における熱処理を受けるか、不動態化されるか、あるいは液体又はガス（例えば場合によっては室温及び／又は高温における、及び／又は場合によっては高圧における、窒素及び／又は酸素、ハロゲン含有ガス、及び／又は空気）を用いたその他の処理がされてもよい。

本方法では可撓性基板上の堆積が提供され、しかし厚い被覆が施されてもよく、本発明は可撓性被覆物品に限定されないが、幅広い有用性のためには可撓性被覆物品が好ましい可能性があるということに留意されたい。

上述のプロセスによって作製された材料には、前記材料とは異なる組成の１つ以上の層がその上に堆積されてもよい。

上述のプロセスによって作製された材料はそのまま使用されるか、又は更に加工されて、１つ以上の電子部品、光電子部品、電気音響部品、ＭＥＭＳ部品、及び／又はスピントロニック部品を含むデバイス内の１つ以上の部品を形成してもよい。

電極材料
本出願人は、蒸着が、例えばバッテリなどの電気化学デバイスにおいて使用するための新規な電極材料を製造する経路を提供することを認識した。以下ではリチウムイオンバッテリの陽極の製造について言及するが、本発明はそれに限定されるものではない。

種々のリチウムイオンバッテリが多くの用途において広く使用されるようになった。携帯電話、ラップトップ、カメラ、及びその他のハンドヘルドデバイスなどの電子製品において最も頻繁に見られるが、電動工具における使用も見られ、電気自動車及び飛行機からタグボート及びヨットに至る乗り物などのより要求の厳しい用途においてますます使用されるようになっている。

より多様な用途におけるリチウムイオンバッテリの使用には多くの望ましい側面、特に環境への影響があり、リチウムイオンバッテリを利用する電気自動車又はハイブリッド電気自動車が化石燃料を動力源とする自動車に優先して使用される場合、大気汚染、スモッグ、及び気候変化を引き起こす有害な大気放出が制限され得る。しかしそのようなバッテリが広く一般に使用されるためには、それらは効率的に電力を供給しなければならず、同時に製造コストが低く保たれなければならない。従って、低コストの材料と業界において容易に適用され得る単純な技術とを使用して実施可能な、リチウムイオンバッテリの特性を向上する方法が必要とされている。そのような改良は、バッテリの設計という観点と、バッテリの作製に使用される材料によってユーザにもたらされるあらゆる危険という観点との両方における、安全性の懸念も考慮に入れなければならない。

これらの留意事項を念頭に置いて、放電における負電極（以下では陽極と呼ぶ）が炭素特にグラファイト粒子を含む、様々なリチウムイオンベースのバッテリが製造されており、その理由はグラファイト種が安全であり、リチウムイオンの蓄積のための高い容量を有し、導電性であるからである。一般に陽極は、炭素材料と導電性添加剤（一般にはカーボンブラック）及び結合剤との混合物から作製される。

グラファイトは陽極製造のための定評のある材料であるが、グラファイトより高い容量をリチウムに対して有するため有用な可能性があるとして提案された様々なその他の材料が存在する。最もよく研究されているのは現在のところＳｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、及びＡｌのようであるが、調査されてきた材料としては、リチウムと合金される金属及び合金、又はリチウムと共に更なる化合物を形成する化合物が含まれる。

しかしそのような材料に関連する問題は、それらがリチウムの吸着及び脱着に際してはるかに大きな膨張及び収縮を示し、これは材料の機械的破壊を、充放電効率の低下を徐々にもたらすということである。リチウムとの合金を形成することが可能な金属を含む活性材料とバインダ樹脂とを含む活性材料層を銅箔に施すことが提案された（国際公開第２０１１０７４４３９号パンフレット）。

本出願人らは、蒸着を使用して電流コレクタに活性材料を施すことにより、活性材料の付着性被覆を提供するための前記物質の制御可能な適用が可能になり、これにより電極内での低い電気抵抗（インピーダンス）が提供される可能性があると考えている。

従って本発明は、バッテリの電極として使用するための積層物を更に提供し、積層物は、電流コレクタとして働くことが可能な導電性層と、そのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着するのに有効な１つ以上の固相を含む少なくとも１つの活性層を含む１つ以上の層とを含み、前記少なくとも１つの活性層は蒸着によって形成される付着性層であることを特徴とする。吸着及び脱着は、物理的吸着／脱着によるか、又は一時的な合金又は化合物形成によるものであってもよい。

１つ以上の固相は、電荷輸送要素としてのリチウムを吸着及び脱着するのに有効であってもよい。吸着及び脱着は、物理的吸着／脱着によるか、又は一時的な合金又は化合物形成によるものであってもよい。

物理的吸着は、表面上への吸着、材料内への吸着、材料内の隙間内へのインターカレーション、又はこれらのプロセスのうちの任意のものの組み合わせを含んでもよく、これらは収着という名称で呼ばれる場合がある。脱着は、電荷輸送要素が吸着されていた場所から解放される逆プロセスである。一時的な合金又は化合物形成は、イオン交換などのプロセスを含み、合金又は化合物を生成するための材料内の隙間内へのインターカレーションを含んでもよい。

１つ以上の固相は、リチウムと共に合金又は化合物を形成することが可能な１つ以上の元素、合金、又は化合物を含んでもよい。

１つ以上の固相は、元素Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉのうちの１つ以上を元素、合金、又は化合物の形態で含んでもよい。

１つ以上の固相は、前記元素のうちの１つ以上と、１つ以上の他の合金元素との合金を含んでもよい。１つ以上の他の合金元素は、導電性層の一部を形成する少なくとも１つの元素を含んでもよい。

例えば導電性層は銅を含んでもよく、１つ以上の固相は合金Ｃｕ６Ｓｎ５を含んでもよい。

リチウムの吸着／脱着の容量に関して最も有望な元素（例えばＳｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｌ）は比較的低い電気伝導度を有する可能性があり膨張／収縮において機械的に損傷されやすいという理由で、合金は潜在的利点を有する。

より電気伝導性のある及び／又は延性のある元素との合金を提供することによって、電気伝導度は増加し得、かつ／又は、機械的損傷に対する耐性は減少し得る。電気伝導性及び延性の両方がより大きい元素が好ましい。

１つ以上の固相は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、及びＡｌの群から選択された少なくとも１つの元素を、Ｂ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉの群から選択された少なくとも１つの元素と共に含む１つ以上の合金を含んでもよい。

１つ以上の固相は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、及びＡｌの群から選択された少なくとも１つの元素を、Ｂ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇｅの群から選択された少なくとも１つの元素と共に含む１つ以上の合金を含んでもよい。

１つ以上の他の合金元素は、導電性層の一部を形成する少なくとも１つの元素を含んでもよい。例えば導電性層が銅を含む場合、１つ以上の固相は合金Ｃｕ６Ｓｎ５を、又はリチウムと合金されることが可能な他の任意の合金を含んでもよい。

活性層はリッジ及びアイランドを形成する不連続なものであってもよく、その間のギャップは他の材料で充填されるか又は電解質を受け入れるために空いたままにされてもよい。

導電性層は、それ自体がそのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着又は脱着するいくらかの能力を有してもよく、第１の導電性層と少なくとも１つの第２の導電性層との積層物を含んでもよい。

第１の導電性層及び少なくとも１つの第２の導電性層のうちの１つ以上は、そのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着することが可能であってもよい。そのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着することが可能な１つ以上の層は、リチウムの吸着／脱着が可能な１つ以上の炭素陽極材料を含んでもよい。

更に導電性層は、１つ以上の導電性層と非導電性層との積層物を含んでもよい。例えば導電性層は、非導電性又は絶縁キャリア上の１つ以上の導電性層の積層物を含んでもよく、例えば金属化プラスチックであってもよい。

実施例２
図１〜図４の装置を使用して、厚さ３μｍのシリコン層が、厚さ１００μｍ及び１３μｍの銅箔上に被覆されて、銅上の付着性シリコン被覆を含む積層構造物が製造された。熱膨張係数の差により、シリコンは銅箔を反らせた。しかし被覆された銅箔は、シリコンの亀裂も剥離もなしに容易に平らに押し延ばすことができた。

この容易な平坦化は、被覆された銅箔が、シリコンによるリチウムの吸着及び脱着に伴う膨張及び収縮に対して耐性があるということを示す。

この実施例では導電性層（銅）への活性層（シリコン）の直接積層が示されるが、中間層が提供されて、例えば特性の段階的変化が付与されてもよいということは明らかであろう。例えば合金の中間層が提供されてもよい。中間層として含まれてもよいその他の材料としては、例えば、リチウムを吸着及び脱着することが可能であってもよい炭素及び／又はグラファイト材料が含まれる。

積層物の更なる加工
導電性層と、少なくとも１つの活性層を含む１つ以上の層との積層物を形成したら、積層物はバッテリ内の電極としてそのまま使用されてもよく、又はバッテリ内で使用する前に更に加工されてもよい。例えば積層物は以下のプロセスのうちの１つ以上によって、必ずしも示された順序に従わずに処理されてもよい。
・積層物は適当なサイズに切断されてもよい。
・活性層に表面テクスチャが施されてもよい。
・活性層は化学処理されてもよい。
・積層物は熱処理されてもよい。
・活性層の特定の特性を向上させるため、例えば電気インピーダンスを低下させるため及び／又はサイクリング時の機械的損傷を減らすために、追加の層が、異なる元素又は合金を用いるという点を除けば同じプロセスを使用して施されてもよい。
・活性層の特定の特性を向上させるために、代替のプロセスによって追加の層が施されてもよく、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）によって施される炭素層が、電気インピーダンスを低下させるため及び／又はサイクリング時の機械的損傷を減らすために施されてもよい。
・リチウム含有材料（例えばＦＭＣリチウム（ＦＭＣ Ｌｉｔｈｉｕｍ）によるＳＬＭＰ（登録商標）安定化リチウム金属粉末）を用いた物理又は化学処理が、陽極から作られるバッテリの第１サイクル効率を増加させるために行われてもよい。

応力除去特徴を層に付与し、それにより活性層の膨張に対応するために、表面テクスチャが提供されてもよい。これは例えば活性層をリッジ又はアイランドに分割することによって行われ、その間のギャップは他の材料で充填されるか又は電解質を受け入れるために空いたままにされてもよい。好適なプロセスは国際公開第２００４／０４２８５１号パンフレットで開示されているが、他のプロセスが使用されてもよい。

化学処理は、活性層内へのドーパント又はその他の材料の組み込みを含んでもよい。

熱処理は、製造中にもたらされる応力を除去するためのアニーリングステップを含んでもよい。

一般的コメント
上記の説明は例示の目的のためのものであり、本発明はこれに限定されないことに留意されたい。

本発明は、文及び／又は段落内で述べた上記及び／又は下記のそれらの様々な特徴又は実施形態の任意の組み合わせを含み得る。本明細書中で開示された特徴の任意の組み合わせは本発明の一部と考えられ、組み合わせ可能な特徴に関する限定は意図されない。

国法の下で許容可能な程度まで、本開示において引用された全ての参考文献の全内容は参照によってその全てが本明細書中に援用される。更に、量、濃度、あるいはその他の値又はパラメータが、範囲、好ましい範囲、又は上側の好ましい値と下側の好ましい値とのリストとして示された場合、これは、範囲が別個に開示されたかどうかに関係なく、任意の上側範囲限界又は好ましい値と任意の下側範囲限界又は好ましい値との任意の対から形成される全ての範囲を具体的に開示するものとして理解されるべきである。本明細書中で数値の範囲が記載された場合、特に明記しない限り、範囲はその終点と、範囲内の全ての整数及び分数を含むことが意図される。本発明の範囲が、範囲を規定する際に記載される特定の値に限定されることは意図されない。

本発明の他の実施形態は、本明細書の検討、及び本明細書中で開示された本発明の実施により当業者にとって明らかとなるであろう。本明細書及び実施例は単なる例示とみなされることが意図される。

Claims (43)

1. 少なくとも１つの付着性被覆を可撓性基板上に備える物品を製造する方法であって、前記方法は、イオンビームを形成し、前記イオンビームからのイオンで少なくとも１つの可撓性基板を照射して前記可撓性基板上に前記付着性被覆を形成するステップを含み、前記イオンビームはイオンビーム発生器によって生成され、前記イオンビーム発生器は、
   ａ）１つ以上の凝縮相材料供給源から蒸気を形成することが可能な１つ以上の蒸気発生器を収容する第１のチャンバと、
   ｂ）１つ以上のプラズマ発生器を収容する、前記第１のチャンバに隣接する第２のチャンバであって、前記プラズマ発生器は、
   １つ以上の中空陰極であってこれを通して延在する１つ以上の開放端チャネルを有し、前記チャネルが１つ以上のチャネル壁を備え前記チャネルの一方の端から前記チャネルの他方の端まで延在する長さを有して１つ以上の空間を画定する、１つ以上の中空陰極を備え、
   前記１つ以上の空間内でプラズマを形成することが可能である、第２のチャンバと、
   ｃ）前記第１のチャンバ内で生成された蒸気が前記第２のチャンバに入ることを可能にするように配置された、前記第１のチャンバと第２のチャンバとの間の１つ以上のアパーチャと
   を備え、前記１つ以上の蒸気発生器と１つ以上のプラズマ発生器とは、動作中に、前記１つ以上の蒸気発生器によって前記第１のチャンバ内で生成された蒸気が、前記１つ以上のプラズマ発生器によって前記第２のチャンバ内で形成されたプラズマを通して前記１つ以上の空間を通過し得るように配置される、方法。
2. 前記蒸気発生器は、１つ以上の凝縮相材料供給源からの蒸気を蒸発形成することが可能である、請求項１に記載の方法。
3. 前記蒸気発生器は、前記１つ以上の凝縮相材料供給源に電子ビームを向けるように動作可能な少なくとも１つの電子ビーム発生器を備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの電子ビーム発生器は、前記電子ビーム発生器からの電子を前記１つ以上の凝縮相材料供給源に向けて磁気的に曲げるように動作可能である、請求項３に記載の方法。
5. 前記１つ以上のプラズマ発生器のうちの１つ以上は、前記１つ以上の陰極から間隔をあけられ電気的に絶縁された１つ以上のハウジングを更に備える、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記１つ以上のプラズマ発生器のうちの１つ以上は、前記チャネルの前記長さの実質的な部分にわたって前記１つ以上のチャネル壁に実質的に平行に位置するように構成される磁界の、供給源を更に備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 磁界の前記供給源は、前記蒸気発生器の近位に置かれた少なくとも１つの第１の磁石と、前記蒸気発生器の遠位に置かれた少なくとも１つの第２の磁石とを備える、請求項６に記載の方法。
8. 磁界の前記供給源は電磁石を備える、請求項６又は請求項７に記載の方法。
9. 前記蒸気発生器と前記プラズマ発生器との間に磁気遮蔽が配置される、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記基板は表面被覆を有する被覆基板であり、前記付着性被覆は前記表面被覆上に形成される、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 上記の方法又はその他の方法によって前記付着性被覆に更なる層が施される、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 少なくとも１つの付着性被覆を可撓性基板上に備える物品を蒸着によって製造する装置であって、前記装置は、
    ａ）少なくとも１つのイオンビーム発生器であって、
    ｉ）１つ以上の凝縮相材料供給源から蒸気を形成することが可能な１つ以上の蒸気発生器を収容する第１のチャンバと、
    ｉｉ）１つ以上のプラズマ発生器を収容する、前記第１のチャンバに隣接する第２のチャンバであって、前記プラズマ発生器は、
    １つ以上の中空陰極であってこれを通して延在する１つ以上の開放端チャネルを有し、前記チャネルが１つ以上のチャネル壁を備え前記チャネルの一方の端から前記チャネルの他方の端まで延在する長さを有して１つ以上の空間を画定する、１つ以上の中空陰極を備え、
    前記１つ以上の空間内でプラズマを形成することが可能である、第２のチャンバと、
    ｉｉｉ）前記第１のチャンバ内で生成された蒸気が前記第２のチャンバに入ることを可能にするように配置された、前記第１のチャンバと第２のチャンバとの間の１つ以上のアパーチャと
    を備え、前記１つ以上の蒸気発生器と１つ以上のプラズマ発生器とは、動作中に、前記１つ以上の蒸気発生器によって生成された蒸気が、前記１つ以上のプラズマ発生器によって形成されたプラズマを通して前記１つ以上の空間を通過し得るように配置される、少なくとも１つのイオンビーム発生器と、
    ｂ）前記少なくとも１つのイオンビーム発生器内でのプラズマへの変換のためにガスを供給するように動作可能な少なくとも１つのガス供給源と、
    ｃ）少なくとも１つの基板を受け入れる少なくとも１つの基板受け入れ領域であって、前記基板受け入れ領域を前記基板が横断することを可能にし、前記少なくとも１つの基板受け入れ領域を横断する少なくとも１つの基板が使用中に前記少なくとも１つのイオンビーム発生器からのイオンによって照射されることを可能にするように配置された、少なくとも１つの基板受け入れ領域と
    を備える、装置。
13. 前記基板受け入れ領域は、前記基板が支持体を横断することを可能にする基板マウントを備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記基板受け入れ領域を横断する基板にバイアスを印加するように動作可能な供給源を更に備える、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
15. 前記供給源は、前記基板受け入れ領域を横断する基板に高周波を印加するように動作可能である、請求項１４に記載の装置。
16. 前記基板を加熱するためにヒータが備えられる、請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記プラズマチャンバと前記基板受け入れ領域との間に置かれ、前記基板受け入れ領域の近くにガスを入れるように動作可能な１つ以上の通気孔を備える、請求項１２〜請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 反応ガスと前記凝縮相材料供給源の少なくとも表面との間の反応を阻止するために前記１つ以上の蒸気発生器の領域内にガスを注入するように動作可能な供給源を備える、請求項１２〜請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記第１のチャンバ内に前記第２のチャンバ内より低い圧力を提供するように動作可能な、請求項１２〜請求項１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの蒸気の移送を阻止するように選択的に動作可能なシャッタを備える、請求項１２〜請求項１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記１つ以上の凝縮相材料供給源を収容するために１つ以上の坩堝が備えられる、請求項１２〜請求項２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 可撓性基板のための供給スプールと、少なくとも１つの付着性被覆を可撓性基板上に備える前記物品のための巻き取りスプールとを備える、請求項１２〜請求項２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法によって作製される、少なくとも１つの付着性被覆を可撓性基板上に備える物品。
24. ＡｌＮを備える層であって２１０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導度を有する層を備える、請求項２３に記載の物品。
25. 請求項２３又は請求項２４に記載の物品上に搭載された１つ以上の電子部品、光電子部品、電気音響部品、ＭＥＭＳ部品、及び／又はスピントロニック部品を備えるデバイス。
26. バッテリの電極として使用するための積層物であって、前記積層物は、電流コレクタとして働くことが可能な導電性層と、前記バッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着するのに有効な１つ以上の固相を含む少なくとも１つの活性層を含む１つ以上の層とを備え、
    前記少なくとも１つの活性層は蒸着によって形成される付着性層であることを特徴とする、積層物。
27. 前記１つ以上の固相は、前記電荷輸送要素としてのリチウムを吸着及び脱着するのに有効である、請求項２６に記載の積層物。
28. 前記１つ以上の固相は、リチウムと共に合金又は化合物を形成することが可能な１つ以上の元素、合金、及び化合物を含む、請求項２７に記載の積層物。
29. 前記１つ以上の固相は、元素Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉのうちの１つ以上を元素、合金、又は化合物の形態で含む、請求項２８に記載の積層物。
30. 前記１つ以上の固相は、前記元素のうちの１つ以上と、１つ以上の他の合金元素との合金を含む、請求項２９に記載の積層物。
31. 前記１つ以上の固相は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、及びＡｌの群から選択された少なくとも１つの元素を、Ｂ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉの群から選択された少なくとも１つの元素と共に含む１つ以上の合金を含む、請求項３０に記載の積層物。
32. 前記１つ以上の固相は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｇｅ、及びＡｌの群から選択された少なくとも１つの元素を、Ｂ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｖ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇｅの群から選択された少なくとも１つの元素と共に含む１つ以上の合金を含む、請求項３０に記載の積層物。
33. 前記１つ以上の他の合金元素は、前記導電性層の一部を形成する少なくとも１つの元素を含む、請求項３０に記載の積層物。
34. 前記導電性層は銅を含み、前記１つ以上の固相は合金Ｃｕ６Ｓｎ５を含む、請求項３３に記載の積層物。
35. 前記１つ以上の固相は酸化物を含む、請求項２６〜請求項２９のいずれか一項に記載の積層物。
36. 前記活性層は不連続なものである、請求項２６〜請求項３５のいずれか一項に記載の積層物。
37. 前記導電性層は、そのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着することが可能である、請求項２６〜請求項３６のいずれか一項に記載の積層物。
38. 前記導電性層は、第１の導電性層と少なくとも１つの第２の導電性層との積層物を含む、請求項２６〜請求項３７のいずれか一項に記載の積層物。
39. 前記第１の導電性層及び少なくとも１つの第２の導電性層のうちの１つ以上は、そのようなバッテリの動作において電荷輸送要素を吸着及び脱着することが可能である、請求項３８に記載の積層物。
40. 請求項２６〜請求項３９のいずれか一項に記載の積層物を形成する方法であって、
    ・バッテリ内の電荷輸送要素として使用される元素と共に合金又は化合物を形成することが可能な１つ以上の元素を含むイオンビームを形成するステップと、
    ・前記イオンビームからのイオンで少なくとも１つの導電性基板を照射するステップと、
    ・少なくとも１つの活性層と前記導電性層との前記積層物を形成するステップと
    を含む、方法。
41. 本明細書又は国際公開第２０１３／０４５５９６号パンフレットにおいて請求される装置が使用される、請求項４０に記載の方法。
42. 請求項２６〜請求項３９のいずれか一項に記載の積層物から形成される電極。
43. 請求項４２に記載の電極を備えるバッテリ。