JP2017050341A - 酸化物半導体二次電池、及びその製造方法 - Google Patents

酸化物半導体二次電池、及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な特性を有する酸化物半導体二次電池、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる酸化物半導体二次電池は、第1電極14と、第1電極14の上に形成されたn型金属酸化物半導体層16と、n型金属酸化物半導体層16の上に形成され、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質を含む物質からなる充電層18と、充電層18の上に形成されたp型金属酸化物半導体層20と、p型金属酸化物半導体層20の上に形成された第2電極22と、を備え、n型金属酸化物半導体層16が、アナターゼ構造、又はアモルファス構造の二酸化チタンを含んでいることを特徴とするものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、酸化物半導体二次電池、及びその製造方法に関する。
紫外線照射による金属酸化物の光励起構造変化を利用した電池(以下、量子電池という)が、出願されている(特許文献1)。特許文献1に開示された二次電池は、全固体型で、かつ充放電過程に化学反応を用いていない点で安全である。また、この二次電池は出力密度・電力密度の点でリチウムイオン電池を凌駕する技術として期待されている。特許文献1の二次電池は、基板上に、第1電極、n型金属酸化物半導体層、充電層、p型半導体層、及び第2電極が積層された構造を有している。
国際公開第2012/046325号
特許文献1では、n型金属酸化物半導体層として、二酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、又は酸化亜鉛(ZnO)が用いられている。第1電極として、アルミニウム(Al)を含む銀(Ag)合金膜等の金属電極が用いられている。特許文献1には、金属電極を電解メッキ法、又は無電解メッキ法により形成する点が開示されている。さらに、メッキに使用される金属としては、一般的に、銅、銅合金、ニッケル、アルミ、銀、金、亜鉛、又はスズなどを使用することが可能である値の記載がある。
量子電池において、より良好な特性を有する二次電池の開発が望まれている。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、良好な特性を有する酸化物半導体二次電池、及びその製造方法を提供することを目的とする。
本実施形態の一態様に係る酸化物半導体二次電池は、第1電極と、前記第1電極の上に形成されたn型金属酸化物半導体層と、前記n型金属酸化物半導体層の上に形成され、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質とを含む物質からなる充電層と、前記充電層の上に形成されたp型金属酸化物半導体層と、前記p型金属酸化物半導体層の上に形成された第2電極と、を備え、前記n型金属酸化物半導体層が、アナターゼ構造、又はアモルファス構造の二酸化チタンを含んでいることを特徴とするものである。
上記の酸化物半導体二次電池において、前記n型金属酸化物半導体層が前記アナターゼ構造の二酸化チタンであることが好ましい。
上記の酸化物半導体二次電池において、前記第1電極の最表層がクロム膜によって形成され、前記n型金属酸化物半導体層が前記クロム膜と接していることが好ましい。
上記の酸化物半導体二次電池において、前記第1電極の最表層がチタン膜によって形成され、前記n型金属酸化物半導体層が前記チタン膜と接していることが好ましい。
上記の酸化物半導体二次電池において、前記n型金属酸化物半導体層に対してθ―2θ法によるX線回折測定を行うことにより得られたX線回折パターンにおいて、アナターゼ(101)面の回折強度が、ルチル(110)面の回折強度よりも高くなっていることが好ましい。
本実施形態の一態様に係る酸化物半導体二次電池の製造方法は、第1電極を形成する工程と、前記第1電極の上に、二酸化チタンからなるn型金属酸化物半導体層を形成する工程と、前記n型金属酸化物半導体層の上に、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質を含む物質からなる充電層を形成する工程と、前記充電層の上にp型金属酸化物半導体層を形成する工程と、前記p型金属酸化物半導体層の上に第2電極を形成する工程と、を備え、前記n型金属酸化物半導体層が、アナターゼ構造、又はアモルファス構造の二酸化チタンを含んでいるものである。
上記の製造方法において、前記n型金属酸化物半導体層が、前記アナターゼ構造の二酸化チタンであることが好ましい。
上記の製造方法において、前記第1電極の最表層がクロム膜によって形成され、前記n型金属酸化物半導体層が前記クロム膜と接していることが好ましい。
上記の製造方法において、前記第1電極の最表層がチタン膜によって形成され、前記n型金属酸化物半導体層が前記チタン膜と接していることが好ましい。
上記の製造方法において、前記n型金属酸化物半導体層を形成した後、前記n型金属酸化物半導体層を加熱することで、前記アナターゼ構造の二酸化チタンを形成することが好ましい。
上記の製造方法において、前記n型金属酸化物半導体層に対してθ―2θ法によるX線回折測定を行うことにより得られたX線回折パターンにおいて、アナターゼ(101)面の回折強度が、ルチル(110)面の回折強度よりも高くなっていることが好ましい。
本発明によれば、良好な特性を有する酸化物半導体二次電池、及びその製造方法を提供することができる。
図1は、酸化物半導体二次電池10の断面構造を示す図である。 図2は、X線回折で分析されたサンプルの構成を模式的に示す図である。 図3は、下地膜による二酸化チタンの結晶構造の違いを示すX線回折パターンを示す。 図4は、下地をクロム膜とした場合のX線回折パターンを示す。 図5は、下地をパラジウム膜とした場合のX線回折パターンを示す。 図6は、下地をチタン膜とした場合のX線回折パターンを示す。 図7は、酸化物半導体二次電池の製造方法を示すフローチャートである。 図8は、充電層の形成工程の詳細を示すフローチャートである。 図9は、アナターゼ構造の二酸化チタンのX線回折データを示すテーブルである。 図10は、ルチル構造の二酸化チタンのX線回折データを示すテーブルである。 図11は、クロムのX線回折データを示すテーブルである。 図12は、パラジウムのX線回折データを示すテーブルである。
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明は、新たな充電原理に基づく量子電池(以下、「酸化物半導体二次電池」とする)、及び酸化物半導体二次電池の製造方法に関する。酸化物半導体二次電池は、充放電が可能な二次電池である。
具体的には、酸化物半導体二次電池では、充電層に紫外線を照射して、充電層の導電性を変化させている。
(電池の構造)
図1は、本実施形態による酸化物半導体二次電池の断面構造を示す図である。
図1において、酸化物半導体二次電池10は、基板12上に、導電性の第1電極14、n型金属酸化物半導体層16、エネルギーを充電する充電層18、p型金属酸化物半導体層20、及び第2電極22がこの順序で積層された積層構造を有している。
基板12の材料は、絶縁性の物質でも導電性の物質でもよい。例えば、基板12の材料としては、ガラス基板や高分子フィルムの樹脂シート、あるいは金属箔シート等を使用することが可能である。
第1電極14と第2電極22には、導電膜として、CrとPdの積層膜、またはAl膜など抵抗を低くできる成膜を行う。例えば、第1電極14としては、クロム(Cr)、又はチタン(Ti)等を含む金属電極を用いることができる。あるいは、クロム、又はチタンを主成分として含む合金を用いることができる。第1電極14は、異なる金属が積層された積層構造を有していてもよい。また、第2電極としては、クロム(Cr)又は銅(Cu)等の金属電極を用いることができる。他の金属電極として、アルミニウム(Al)を含む銀(Ag)合金膜等がある。その形成方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等の気相成膜法を挙げることができる。また、金属電極は電解メッキ法、無電解メッキ法等により形成することができる。メッキに使用される金属としては、一般に銅、銅合金、ニッケル、アルミ、銀、金、亜鉛又はスズ等を使用することが可能である。
n型金属酸化物半導体層16の材料としては、例えば、二酸化チタン(TiO)を使用することが可能である。さらに、本実施形態では、アナターゼ型、又はアモルファス(非晶質)型の二酸化チタンが、n型金属酸化物半導体層16に用いられている。なお、第1電極14とn型金属酸化物半導体層16の材料の好適な組み合わせについては後述する。
充電層18の材料としては、微粒子のn型金属酸化物半導体を使用することが可能である。n型金属酸化物半導体は、紫外線照射により光励起構造変化して、充電機能を備えた層となる。充電層18は、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質とを含む物質からなる。充電層18で使用可能なn型金属酸化物半導体材料としては、二酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛が好適である。二酸化チタン、酸化スズ、及び酸化亜鉛のうちいずれか2つを組み合わせた材料、あるいは3つを組み合わせた材料を使用することが可能である。
充電層18上に形成したp型金属酸化物半導体層20は、上部の第2電極22からの充電層18に電子が注入されるのを防止するために設けられている。p型金属酸化物半導体層20の材料としては、酸化ニッケル(NiO)、及び銅アルミ酸化物(CuAlO)等を使用することが可能である。
なお、本実施形態における基板12上の積層順は、反対でもよい。すなわち、第1電極14を最上層、第2電極22を最下層にした積層構造であってもよい。次に実際に試作した例を示す。
(充電層18の構造)
充電層18は、絶縁性物質とn型金属酸化物半導体とを混在している。以下、充電層18について詳細に説明する。充電層18は、絶縁性物質の材料として、シリコーンオイルを使用している。また、n型金属酸化物半導体の材料として、二酸化チタンを使用している。
充電層18に使用されるn型金属酸化物半導体の材料として、二酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を使用している。n型金属酸化物半導体は、これらの金属の脂肪族酸塩から製造工程で分解して生成される。このため、金属の脂肪族酸塩としては、酸化性雰囲気下で紫外線を照射すること、又は焼成することにより分解又は燃焼し、金属酸化物に変化しうるものが使用される。
また、脂肪族酸塩は、加熱により分解又は燃焼しやすく、溶剤溶解性が高く、分解又は燃焼後の膜の組成が緻密であり、取り扱い易く安価であり、金属との塩の合成が容易である等の理由から、脂肪族酸と金属との塩が好ましい。
次に、第1電極14、及びn型金属酸化物半導体層16の材料とその組み合わせについて詳細に説明する。本件出願の発明者らは、種々の実験を行うことで、良好な電池特性を示す第1電極14、及びn型金属酸化物半導体層16の材料を発見した。
具体的には、本実施形態では、充電層18と接するn型金属酸化物半導体層16の材料として、アナターゼ型の結晶構造を有する二酸化チタンを用いている。アナターゼ型の二酸化チタンは、正方晶の結晶構造を有しており、900℃以上に加熱するとルチル型に転移する。n型金属酸化物半導体層16をアナターゼ型の二酸化チタンとすることで、良好な電池特性を得ることができる。
アナターゼ型の二酸化チタンを形成するための下地膜として、クロム膜又はチタン膜が好適である。そのため、第1電極14は、Cr/Pd/Crの三層構造となっている。すなわち、図2に示すように、第1電極14はクロム(Cr)膜14a、パラジウム(Pd)膜14b、クロム(Cr)膜14cを有している。第1電極14では、下から順に、クロム膜14a、パラジウム膜14b、及びクロム膜14cが積層されている。したがって、クロム膜14cが第1電極14の最表層となっている。
そして、クロム膜14cの上に、アナターゼ型の二酸化チタンからなるn型金属酸化物半導体層16が形成されている。よって、第1電極14のn型金属酸化物半導体層16と接する界面は、クロム膜14cとなっている。すなわち、クロム膜14cがn型金属酸化物半導体層16と接するように設けられ、パラジウム膜14bがn型金属酸化物半導体層16と接していない。
このようにすることで、第1電極14の上に、アナターゼ型の二酸化チタンを含むn型金属酸化物半導体層16を形成することができる。ここで、下地(第1電極14)に依存するn型金属酸化物半導体層16の結晶構造の違いについて、図3を用いて説明する。
図3は、下地膜による二酸化チタンの結晶構造の違いを示すX線回折パターンを示す。
つまり、図3は、第1電極14、及びn型金属酸化物半導体層16を形成した状態におけるX線回折パターン(X線回折スペクトル)のデータ(以下、XRDデータ)を示す図である。
図3において、横軸は回折角度2θ(入射X線方向と回折X線方向とのなす角度)であり、縦軸は回折強度(cps)である。本実施形態では、波長1.5418オングストロームのCuKα線を用いたθ―2θ法でX線回折測定を行っている。
結晶の格子間隔をd、X線波長をλとすると、2dsinθ=nλを満たす時に、X線回折パターンにピークが現れる(nは1以上の整数)。したがって、ピークとなる2θの値から、二酸化チタンの結晶構造を特定することができる。例えば、アナターゼ(101)では、2θ=25.3°の時、ピークが現れ、ルチル(110)では、2θ=27.4°の時にピークが現れる。
図3は、図2に示すように、充電層18を形成する前のサンプルに対して、X線回折分析を行った結果を示している。すなわち、図3は、n型金属酸化物半導体層16が露出している状態で、X線回折分析を行った結果を示している。なお、ここでは、n型金属酸化物半導体層16に対して、充電層18の焼成工程と同じ温度でアニール処理を行っている。具体的には、350℃でアニールをしたサンプルに対して、X線回折を行っている。
図3の下側には、第1電極14がCr/Pd/Crの三層構造となっている場合(つまり、下地がクロム膜14cである場合)のXRDデータが示されている。図3の上側には、第1電極14がCr/Pdの二層構造となっている場合のXRDデータが示されている。従って、図3の上側には、図2のクロム膜14cがない構成、すなわち、下地がパラジウム膜14bになっている構成での測定結果が示されている。
下地がクロム膜14cである場合、2θ=25.3°に、アナターゼ(101)面のピークが現れている(図3の下側のグラフ参照)。一方、下地がパラジウム膜14bである場合、2θ=27.4°に、ルチル(110)面のピークが現れている(図3の上側のグラフ参照)。このように、n型金属酸化物半導体層16の下地によって、X線回折でのピーク位置が異なる。換言すると、n型金属酸化物半導体層16の下地材料によって、n型金属酸化物半導体層16の結晶構造が変化する。さらに、本件出願の発明者らによって、良好な電池特性が得られるn型金属酸化物半導体層16の材料が判明した。
次に、アニールの有無、及び下地の違いによる結晶構造の違いについて図4〜図6を用いて説明する。図4は、第1電極14がCr/Pd/Crの3層構造の場合のXRDデータを示す図である。図5は、第1電極14がCr/Pdの2層構造の場合のXRDデータを示す図である。図6は、第1電極14がCr/Tiの2層構造の場合のXRDデータを示す図である。図4〜図6において、横軸は回折角度2θ(入射X線方向と回折X線方向とのなす角度)であり、縦軸は回折強度(cps)である。
つまり、図4は、下地をクロム膜とした場合のX線回折パターンを示す。図5は、下地をパラジウム膜とした場合のX線回折パターンを示す。図6は、下地をチタン膜とした場合のX線回折パターンを示す。
図4〜図6は、図3と同様に充電層18を形成する前の構成(充電層18を形成する前のサンプル)において、X線回折を行った結果を示している。図4〜図6では、上側にアニール無の場合のXRDデータを示し、下側にアニール有の場合のXRDデータを示している。アニール温度は、充電層の焼成工程と同じ350°としている。
ここで、下地をクロム膜又はチタン膜とした場合、アナターゼ(101)面のピーク(2θ=25.3°)が現れる(図4又は図6参照)。また、下地がクロムの場合、アニールを行うことで、アナターゼ(101)面のピーク(2θ=25.3°)が高くなる(図4参照)。したがって、アニールにより、二酸化チタンの結晶化が促進している。
下地をパラジウム膜とした場合、ルチル(110)面のピーク(2θ=27.4°)が現れる(図5参照)。このように下地膜に応じて、n型金属酸化物半導体層16の結晶構造が変わる。具体的には、図5の下側では、2θ=27.4°における回折強度が、2θ=25.3°における回折強度よりも高くなっている。
(電池特性)
下地がクロム膜、パラジウム膜、チタン膜である酸化物半導体二次電池のサンプルをそれぞれ作成したときの電池特性について説明する。
下地がクロム膜、パラジウム膜、チタン膜とした場合の酸化物半導体二次電池のサンプルをそれぞれ酸化物半導体二次電池(Cr),酸化物半導体二次電池(Pd)、酸化物半導体二次電池(Ti)とする。酸化物半導体二次電池(Cr)は、第1電極14がCr/Pd/Crの三層構造とした場合の酸化物半導体二次電池のサンプルである。同様に、酸化物半導体二次電池(Pd)は、第1電極14がCr/Pdの二層構造とした場合の酸化物半導体二次電池のサンプルであり、酸化物半導体二次電池(Ti)は、第1電極14がCr/Tiの二層構造とした場合の酸化物半導体二次電池のサンプルである。
酸化物半導体二次電池(Pd)では、充電がほとんど行われず、十分な電池特性を得ることができなかった。具体的には、酸化物半導体二次電池(Pd)では、充電電流が流れ過ぎてしまい、充電電圧を印可することができなくなってしまう。これに対して、酸化物半導体二次電池(Cr)、及び酸化物半導体二次電池(Ti)では、適切に充電することができ、十分な電池特性を得ることができた。すなわち、充電電流が流れ過ぎることがないため、充電層18に対して適切に充電電圧を印可することができる。
したがって、n型金属酸化物半導体層16の下地膜をクロム膜又はチタン膜とすることが好ましい。すなわち、第1電極14の最表層をクロム膜又はチタン膜とすることが好ましい。
第1電極14のクロム膜又はチタン膜が、n型金属酸化物半導体層16の最下層と接触する。これにより、第1電極14の上にアナターゼ構造のn型金属酸化物半導体層16を形成することができ、良好な電池特性を得ることができる。
なお、二酸化チタンがアナターゼ構造かルチル構造かを判別するためには、上記のようにX線回折を用いればよい。例えば、X線回折において、アナターゼ(101)面(2θ=25.3°)での回折強度は、ルチル(110)面の(2θ=27.4)での回折強度よりも高くなっている。換言すると、n型金属酸化物半導体層16に対してθ―2θ法によるX線回折分析を行うことにより得られたX線回折パターンは、アナターゼ(101)面の回折強度が、ルチル(110)面の回折強度よりも高くなっている。すなわち、この特性を利用して、二酸化チタンが、アナターゼ構造かルチル構造かを判別することができる。
(充電層18の製造方法)
次に、図7を参照して、酸化物半導体二次電池10の製造方法について説明する。図7は、二次電池の製造方法を示すフローチャートである。また、下記の説明では、酸化物半導体二次電池10の構成については、図1、及び図2を適宜参照する。
まず、基板12上に第1電極14を形成する(S1)。第1電極14は、図2に示すように、クロム膜14a、パラジウム膜14b、及びクロム膜14cの三層構造となっている。あるいは、第1電極14は、Cr/Tiの2層構造であってもよい。もちろん、第1電極14の構造、及び積層数は、上記の構造、及び積層数に限られるものではない。例えば、第1電極14の最表層が、クロム膜又はチタン膜であればよいので、第1電極14を、クロム膜又はチタン膜の単層構造にすることができる。あるいは、第1電極14のクロム膜又はチタン膜の下層を、その他の金属膜とすることもできる。
なお、基板12の材料としては、例えば、ガラス基板、あるいはポリイミド(PI)シート等を使用可能である。基板12にポリイミド樹脂シートを使用して、フレキシビリティを持たせることで、使い勝手を良くすることができる。また、第1電極14を形成する前の前処理として、基板12の表面に対して、紫外線照射、プラズマ処理、イオン処理などの表面処理を行ってもよい。このようにすることで密着性を向上することができる。
次に、第1電極14の上にn型金属酸化物半導体層16を形成する(S2)。n型金属酸化物半導体層16は、第1電極14の最表層であるクロム膜又はチタン膜に接するように形成される。例えば、スパッタ法にて、厚さ50nm〜200nmのTiO膜を第1電極14上に成膜する。
なお、第1電極14とn型金属酸化物半導体層16は、上記したように、スパッタリング法等により形成することができる。また、第1電極14、及びn型金属酸化物半導体層16の形成方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、イオンプレーティング法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法等の薄膜形成方法を用いることができる。さらには、印刷法やスピンコート法などの塗布形成方法を用いて、第1電極14、及びn型金属酸化物半導体層16を形成してもよい。
そして、n型金属酸化物半導体層16の上に、充電層18を形成する(S3)。充電層18の形成工程(S3)の一例を図8に示す。図8は、充電層18の形成工程の一例を示すフローチャートである。
まず、脂肪酸チタンとシリコーンオイルを溶媒に混合して攪拌し、塗布液を作製する(S31)。次に、用意した基板12を回転させながらスピナーにより、塗布液をn型金属酸化物半導体層16の上にスピンコートする(S32)。基板の回転により、0.3〜1μmの薄い層が形成される。この層には、シリコーンと二酸化チタンとが混在している。なお、スピンコート法に限らず、ディップコート法、ダイコート法、スリットコート法、グラビアコート法、スプレーコート法、カーテンコート法などによって、n型金属酸化物半導体層16上に塗布膜を形成してもよい。なお、塗布工程の前に、紫外線照射などによって、n型金属酸化物半導体層16に対して表面処理を行ってもよい。
塗布後、乾燥処理を行う(S33)。例えば、基板12をホットプレート上に配置して、所定温度で、所定時間加熱して、塗膜中の溶剤を揮発させる。乾燥方法としては、ホットプレートに限らず、遠赤外線を用いた加熱乾燥や、熱風循環による乾燥方法を用いることができる。
乾燥処理後、充電層18を焼成する(S34)。焼成温度は300℃〜400℃とすることが好ましい。ここでは、焼成温度を350℃としている。焼成時間は10分〜1時間である。
絶縁性物質と二酸化チタンとを混在している充電層18を形成する上記製作方法は、塗布熱分解法と言われている方法である。絶縁性物質としては、シリコン酸化物などのシリコン化合物を用いることが好ましい。
次の製造工程は、紫外線照射工程(S35)である。この工程では、充電層に紫外線を照射して、充電層の導電性を変化させる。
そして、充電層18上に、p型金属酸化物半導体層20を形成する(S4)。例えば、スパッタ法によって、厚さ120〜300nmのNiO膜をp型金属酸化物半導体層20として成膜する。なお、p型金属酸化物半導体層20の形成方法は、スパッタ法に限らず、蒸着法、イオンプレーティング法、MBE法等の薄膜形成方法を用いることができる。さらには、印刷法やスピンコート法などの塗布形成方法を用いて、P型金属酸化物半導体層20を形成してもよい。
次に、p型金属酸化物半導体層20上に第2電極22を形成する(S5)。例えば、スパッタ法にて、厚さ100〜300nmのAlを成膜している。なお、第2電極22は、導電率の高い材料、すなわち、抵抗率の低い材料が好ましく、例えば、100μΩ・cm以下の抵抗率を有する材料とすることが好ましい。
また、第2電極22の形成方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、イオンプレーティング法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法等の薄膜形成方法を用いることができる。さらには、印刷法やスピンコート法などの塗布形成方法を用いて、第2電極22を形成してもよい。
このようにして、酸化物半導体二次電池10が完成する。上記したように、n型金属酸化物半導体層16がアナターゼ構造の二酸化チタンとなっている。よって、良好な電池特性を得ることができる。
なお、製造工程の途中でn型金属酸化物半導体層16をアナターゼ構造に変えるようにしてもよい。例えば、n型金属酸化物半導体層16の形成工程(S2)ではアモルファス構造となっており、焼成工程(S35)によって、アモルファス構造がアナターゼ構造に変化してもよい。例えば、図4に示したように、アニール後のn型金属酸化物半導体層16は、アナターゼ(101)面での回折強度がアニール前よりも高くなっている。したがって、n型金属酸化物半導体層16を形成した後、n型金属酸化物半導体層16を加熱することで、アナターゼ構造の二酸化チタンを形成することができる。換言すると、酸化物半導体二次電池10の製造工程は、二酸化チタンをアナターゼ構造に変える加熱工程を有していてもよい。
上記のように、n型金属酸化物半導体層16の下地がクロム膜、又はチタン膜となっている。このようにすることで、n型金属酸化物半導体層16をアナターゼ構造の二酸化チタンとすることができる。
なお、上記の説明では、n型金属酸化物半導体層16がアナターゼ構造の二酸化チタンであるとして説明したが、n型金属酸化物半導体層16はアモルファス構造の二酸化チタンであってもよい。n型金属酸化物半導体層16をアモルファス構造の二酸化チタンとした場合でも、良好な電池特性を得ることができる。
n型金属酸化物半導体層16がアナターゼ構造、ルチル構造の二酸化チタンである場合の、XRDデータを図9、図10に示す。図9はアナターゼ構造のXRDデータを示すテーブルである。図10は、ルチル構造のXRDデータを示すテーブルである。また、参考のため、図11にクロムのXRDデータを示し、図12にパラジウムのXRDデータを示す。
なお、図9は、出版Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr.25、詳細volume.7, page82 (1969)のデータである。図10は、出版Natl. Bur. Stand. (U.S.) Monogr.25、詳細volume.7, page83 (1969)のデータである。図11は、出版Natl. Bur. Stand. (U.S.), Circ.539, 詳細volume.V, page20 (1955)、作成者Swanson et alのデータである。図12は、Natl. Bur. Stand. (U.S.), Circ.539 、詳細volume.I, page21 (1953)、作成者Swanson,Tatgeのデータである。
アナターゼ構造の場合、2θ=25.281°の時、ピークが存在する。アモルファス構造、及びアナターゼ構造では、電池が良好な電池特性を示す。ルチル構造では、2θ=27.447にピークが存在する。ルチル構造では、良好な電池特性を示さない。よって、二酸化チタンをルチル構造以外の構造とすれば、良好な電池特性を得ることができる。例えば、ルチル(110)に2θ=27.4°のX線回折強度がアナターゼ(101)に対応する2θ=25.3°のX線回折強度よりも低くなっている。
以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。
10 酸化物半導体二次電池
12 基板
14 第1電極
16 n型金属酸化物半導体層
18 充電層
20 p型金属酸化物半導体層
22 第2電極

Claims (11)

  1. 第1電極と、
    前記第1電極の上に形成されたn型金属酸化物半導体層と、
    前記n型金属酸化物半導体層の上に形成され、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質とを含む物質からなる充電層と、
    前記充電層の上に形成されたp型金属酸化物半導体層と、
    前記p型金属酸化物半導体層の上に形成された第2電極と、を備え、
    前記n型金属酸化物半導体層が、アナターゼ構造、又はアモルファス構造の二酸化チタンを含んでいることを特徴とする酸化物半導体二次電池。
  2. 前記n型金属酸化物半導体層が前記アナターゼ構造の二酸化チタンであることを特徴とする請求項1に記載の酸化物半導体二次電池。
  3. 前記第1電極の最表層がクロム膜によって形成され、
    前記n型金属酸化物半導体層が前記クロム膜と接している請求項2に記載の酸化物半導体二次電池。
  4. 前記第1電極の最表層がチタン膜によって形成され、
    前記n型金属酸化物半導体層が前記チタン膜と接している請求項2に記載の酸化物半導体二次電池。
  5. 前記n型金属酸化物半導体層に対してθ―2θ法によるX線回折測定を行うことにより得られたX線回折パターンにおいて、アナターゼ(101)面の回折強度が、ルチル(110)面の回折強度よりも高くなっていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の酸化物半導体二次電池。
  6. 第1電極を形成する工程と、
    前記第1電極の上に、二酸化チタンからなるn型金属酸化物半導体層を形成する工程と、
    前記n型金属酸化物半導体層の上に、n型金属酸化物半導体と絶縁性物質とを含む物質からなる充電層を形成する工程と、
    前記充電層の上にp型金属酸化物半導体層を形成する工程と、
    前記p型金属酸化物半導体層の上に第2電極を形成する工程と、を備え、
    前記n型金属酸化物半導体層が、アナターゼ構造、又はアモルファス構造の二酸化チタンを含んでいることを特徴とする酸化物半導体二次電池の製造方法。
  7. 前記n型金属酸化物半導体層が、前記アナターゼ構造の二酸化チタンであることを特徴とする請求項6に記載の酸化物半導体二次電池の製造方法。
  8. 前記第1電極の最表層がクロム膜によって形成され、
    前記n型金属酸化物半導体層が前記クロム膜と接している請求項7に記載の酸化物半導体二次電池の製造方法。
  9. 前記第1電極の最表層がチタン膜によって形成され、
    前記n型金属酸化物半導体層が前記チタン膜と接している請求項7に記載の酸化物半導体二次電池の製造方法。
  10. 前記n型金属酸化物半導体層を成膜した後、前記n型金属酸化物半導体層を加熱することで、前記アナターゼ構造の二酸化チタンを形成することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の酸化物半導体二次電池の製造方法。
  11. 前記n型金属酸化物半導体層に対してθ―2θ法によるX線回折測定を行うことにより得られたX線回折パターンにおいて、アナターゼ(101)面の回折強度が、ルチル(110)面の回折強度よりも高くなっていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の酸化物半導体二次電池の製造方法。
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