JP2017500211A - 微細構造基板 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの基本微細構造を複数含んだ微細構造基板と、その微細構造基板を製造する方法に関する。本発明はまた、蓄電デバイスに関し、より詳細には、本発明による微細構造基板を含んだ全固体電池に関する。

Description

本発明は、少なくとも１つの基本微細構造を複数含んだ微細構造基板と、その微細構造基板を製造する方法に関する。

本発明はまた、本発明による微細構造基板を含んだ電気エネルギーを蓄積するためのデバイスの製造における、かかる基板の使用に関する。本発明による微細構造基板は、詳細には、例えば電気化学電池（全固体電池など）またはコンデンサ（静電コンデンサ、電解コンデンサ、スーパーキャパシタなど）の製造に有利である。本発明による微細構造基板は、より詳細には、マイクロメートル大（すなわち１０^−６〜１０^−３ｍ）、さらにはミリメートル大もしくはセンチメートル大の電気エネルギーを蓄積するためのデバイスの製造に有利であり、このデバイスは例えば集積回路に配置されうる。

こういった基板は、例えば半導体または誘電体から作られ、一般に、微細構造および／またはナノメートルもしくはマイクロメートル大のシステムを製造する際の支持体として使用される薄いディスク（ウエハとも呼ばれる）の形をとる。

この微細構造は、例えば、以下の技術、つまり、化学的または物理的エッチング、ナノ／マイクロ構造の成長、マイクロ／ナノメートル大の鋳型内部への材料電着（鋳型はその後溶解する）等のうちの１つまたは複数によって製造されうる。

具体的には、基板は当初、２次元トポロジに対応する平面の表面を有している。しかしながら、その基板の適用先に応じて、基板が３次元トポロジを有するように、その表面を微細構造化することが有利になりうる。

したがって微細構造基板は、平面の（すなわち微細構造化されていない）基板よりも大きな比表面積を有する。

基板の表面積は、例えば、その表面に、高いアスペクト比を有する微細構造を生成することによって増大しうる。微細構造のアスペクト比は例えば、その長手寸法と、その最も小さい幅寸法（例えば、基板上に連続して配置された２つの微細構造の間の幅方向最短距離）との比に対応する。

具体的には、微細構造基板によって、例えば、その表面、より詳細には微細構造の側面に、より多くの材料を成膜することが可能になる。

このことにより、例えば、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスの性能が向上したり、基板に集積可能な構成部品数が増えたりしうる。

したがって、例えば全固体電池の性能に比表面積が影響を及ぼすことから、従来技術の構造化基板よりも比表面積が向上した構造化基板が求められている。

微細構造はトレンチやピラ、チャネルなどが知られているが、そういった微細構造は、機械的に脆いという欠点、および／またはその基板の表面積が平面の基板に比べて十分に広がらないという欠点を有する。

したがって、本発明の第１の主題は、少なくとも１つの基本微細構造を複数含んだ微細構造基板の新しいタイプであって、上記少なくとも１つの基本微細構造が、細長い形状と、対向する長手方向の下端および上端を有し、上記下端が上記基板に連結される一方で、その上端に開放空洞を含み、上記微細構造基板がその表面上にアルミナを含むことを特徴とする。

このアルミナ層は少なくとも部分的に、本発明による微細構造基板を得る方法によって生じたスカロップを充填する。これは、その後の、微細構造基板の表面上への他の材料の成膜を容易にするためと、本発明による微細構造基板を電気的に絶縁するために行われる。

上記基本微細構造の上端における上記開放空洞によって、基板の表面積を増大させることが可能になる。尚、この基板の表面積は、ワイヤまたはピラの形をとる従来技術の微細構造を有する基板よりも、大幅に増大する。

１つの可能な特徴によると、上記基本微細構造は、円形、楕円形、矩形、方形または三角形の横断面を有する。

尚、矩形、または、より詳細には方形の断面を有する微細構造が有利である。というのは、方形の断面にすると、それと同等の寸法を有する（すなわち長手方向と幅方向の空間的な広がりが等しい）別のタイプの断面を有する微細構造よりも、基板の表面積が大幅に増大するからである。

別の可能な特徴によると、上記基本微細構造は、約５〜２００μｍ（またはマイクロメートル）に含まれる長手寸法を有し、この長手寸法は５０〜１００μｍに含まれると好ましく、幅寸法は約２〜１０μｍに含まれる。

別の可能な特徴によると、上記基板の上記基本微細構造は、上記基板の一面にわたって周期的に配列される。

別の可能な特徴によると、上記基板の上記基本微細構造は、３〜１０μｍに含まれる空間的周期ＳＰを有する。

別の可能な特徴によると、基板の連続して配置された２つの基本微細構造が互いに、約０．５〜１０μｍに含まれる距離、好ましくは０．５〜２μｍに含まれる距離だけ隔置される。

別の可能な特徴によると、上記基本微細構造のそれぞれの上記開放空洞が、上記基本微細構造の内部に、長手方向に延びる。

したがって、上記基本微細構造は、ほぼマイクロチューブの形状をしている（さらに言えば、長手に沿って少なくとも部分的に中空になったマイクロピラの形状）。

空洞が長手方向に延びることによって、微細構造基板の表面積が増大する。

別の可能な特徴によると、上記基本微細構造は、１０以上、好ましくは１０〜１００に含まれるアスペクト比を有する。

別の可能な特徴によると、上記微細構造基板は、ケイ素、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ケイ素およびリン化インジウムから選択された材料から作られる。

別の可能な特徴によると、上記基本微細構造はケイ素から作られる。

別の可能な特徴によると、微細構造基板と複数の基本微細構造は、例えばケイ素などでできた単一の物体を成す（すなわち、微細構造基板と複数の基本微細構造は同じ材料から一体的に形成される）。

本発明の第２の主題は、平面の表面を有する基板を微細構造化することによって、上記に記載の微細構造基板を得る方法であって、少なくとも、
ａ）上記基板の上記平面の表面上に、フォトレジスト層をコーティングする段階と、
ｂ）フォトリソグラフィによって、上記フォトレジスト層に、少なくとも１つの基本パターンの繰り返しを、上記基板の上記表面がフォトレジスト除去域を有するように生成する段階と、
ｃ）上記基板の上記表面の上記フォトレジスト除去域にエッチングを行い、フォトレジストで覆われた領域は保護される、エッチング段階と、
ｄ）上記基板の上記表面を不活性化する段階と、
ｅ）上記微細構造基板を得るために、上記エッチング段階ｃ）と上記不活性化段階ｄ）を繰り返す段階と、上記繰り返し段階ｅ）の後に、上記微細構造基板の上記表面上にアルミナを成膜する段階を含むことを特徴とする。

１つの可能な特徴によると、上記エッチング段階および上記不活性化段階は、電離気体を介して実行される。

上記フォトリソグラフィ段階については、エッチング段階中マスクの役割を果たす基本パターンが、有利には環状形状を有し、その寸法（内側直径と外側直径）は、基本微細構造の横断面寸法ＳＰ、ＦＰおよびＩＤと一致する。したがって、エッチング段階後に円形断面を有するマイクロチューブを得るために、上記パターンは円形の環状形状を有し、あるいは、方形の断面を有するマイクロチューブを得るために、方形の環状形状を有する。「環状」という用語は、その中心に開口を有する任意の幾何形状を意味すると解釈される。

したがって、上記フォトリソグラフィ段階ｂ）で得られる基本パターンは、環状の形状を有しうる。その寸法は、上記基本微細構造の横断面寸法ＳＰ、ＦＰ、ＩＤと一致する。

上記エッチング段階については、上記電離気体は、好ましくは以下の電離気体、つまり、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、メタン、水素、塩素、臭化水素、三塩化ホウ素、四塩化ケイ素およびそれらの混合物から選択される。

上記不活性化段階については、上記電離気体は、例えばオクタフルオロシクロブタンである。

上記アルミナ層の共形成膜によって、特に、上記微細構造基板を電気的に絶縁し、微細構造の表面上の凹凸を低減することが可能になる。

本発明はまた、電気エネルギーを蓄積するためのデバイス、より詳細には全固体電気化学電池を製造するための、上記に記載の構造化基板の使用に関する。

したがって、本発明の別の主題は、本発明による微細構造基板を含んだ、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスである。

具体的には、上記基板は、例えば、全固体電池の製造時の支持体として使用されうる。全固体電池とは、電極および電解質が固体化合物である電池である。

この場合、上記基板の微細構造化が、その基板が支持体となる全固体電池の動作を最適化するように行われると有利である。

このために、本発明は、少なくとも、
基板と、
一方が上記基板上に配置される、負極および正極と、
上記負極と上記正極の間に配置される電解質とを含む、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスに関し、
上記基板が、上記に記載の微細構造基板であることを特徴とする。

尚、電極材料に応じて、電池は、１つまたは複数の集電体を含みうる。

上記デバイスは、上記基板上に配置される第１の集電体と、第２の集電体をさらに備えうる。上記負極および上記正極は、上記第１の集電体と上記第２の集電体の間に配置される。

上記基板は、ケイ素、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ケイ素およびリン化インジウムから選択された材料から作られうる。上記集電体は、アルミニウム、銅、白金およびチタン窒化物から選択された固体材料から作られうる。

別の可能な特徴によると、負極材料は、炭素（例えばグラファイト形態）、二酸化チタン（またはＴｉＯ_２）、チタン酸リチウム（またはＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ケイ素（またはＳｉ）、ゲルマニウム（またはＧｅ）および遷移金属（Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔなど）から選択される。

別の可能な特徴によると、正極材料は、リチウムおよび遷移金属の層状酸化物と、リチウムスピネルと、一般式ＬｉＭＰＯ_４の化合物（Ｍは遷移金属から選択された少なくとも１つの元素を表す）と、リチウムおよび遷移金属のフッ化硫酸塩／フッ化リン酸塩やリチウムおよび遷移金属の硫酸塩などの多価陰イオン化合物とから選択される。

別の可能な特徴によると、上記電解質はリチウム塩を含み、このリチウム塩は、溶媒に溶解している状態の、オルトリン酸リチウム（またはＬｉ_３ＰＯ_４）、窒化リン酸リチウム（またはＬｉＰＯＮ）、ランタンおよび／またはチタン酸リチウム、 ビス(オキサラト)ホウ酸リチウム（またはＬｉＢＯＢ）およびリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（またはＬｉＴＦＳＩ）から選択される。

別の可能な特徴によると、上記集電体は、アルミニウムや銅、白金、チタン窒化物などの固体材料から作られる。

別の可能な特徴によると、上記負極、上記正極および上記電解質がそれぞれ、薄層の形をとる。

負極および正極と電解質はそれぞれ、１５〜２００ｎｍ（またはナノメートル）に含まれる厚さを有する。

別の可能な特徴によると、上記少なくとも２つの集電体はそれぞれ、２５〜５０ｎｍに含まれる厚さを有する薄層の形をとる。

本発明の特定の実施形態および例示的な実施形態の、添付の図面を参照した以下の説明から、本発明がより一層理解され、本発明の他の目的、詳細、特徴および利点がより明らかになるであろう。この説明は例示に過ぎず、限定的なものではない。

本発明による微細構造基板の概略的な縦断面図である。 図１ａの微細構造基板の上面図である。 図１ａの微細構造基板上に配置された基本微細構造の２つのタイプの拡大上面図である。 本発明による微細構造基板の一部分の断面写真である。 本発明によるフォトリソグラフィ段階で得られたパターンの写真である。 本発明によるフォトリソグラフィ段階で得られたパターンの写真である。 本発明によるフォトリソグラフィ段階で得られたパターンの写真である。 本発明によるフォトリソグラフィ段階で得られたパターンの写真である。 本発明による微細構造基板の様々な倍率での写真である。 本発明による微細構造基板の様々な倍率での写真である。 本発明による電気エネルギーを蓄積するためのデバイスの概略的な部分断面の上面斜視図である。 図５ａの電気エネルギーを蓄積するためのデバイスの構成要素の概略的な拡大横断面図である。 本発明による電池の性能を示すグラフである。 本発明による電池の性能を示すグラフである。 本発明による電池の性能を示すグラフである。 本発明による電池の性能を示すグラフである。

図１ａに、複数の基本微細構造３を含んだ、本発明による微細構造基板１の概略的な縦断面図が示されている。

上記基板は、示されている実施形態では、表面がほぼ平面で、厚さがほぼ一定のシリコンウエハである。

上記基本微細構造３は細長い形状を有し、２つの対向する長手方向の端、すなわち下端３ａと上端３ｂを有する。

基本微細構造３は、その下端３ａを介して基板１に連結され、この基板１の表面から延びる。基本微細構造３の上端３ｂは自由端である。さらに、この基本微細構造３の長手方向の軸は、上記基板１の延長の主要平面とほぼ直交する。

さらに、基本微細構造３は、その上端３ｂに、開放空洞５を含む。

尚、基本微細構造３は、その外部輪郭を画定する外面３ｃと、上記空洞５を画定する内面３ｄを有する。

より詳細には、開放空洞５は、上記基本微細構造３の内部に、長手方向に延びる。空洞５は、５〜５０μｍに含まれる長手寸法ｄｉｎを特徴とする。基本微細構造３は、その長手寸法ｄＬに対応する、基本微細構造の下端と上端の間の距離を特徴とする。基本微細構造の長手寸法ｄＬは１０〜２００μｍに含まれる。

尚、空洞５の長手寸法ｄｉｎは、基本微細構造３の長手寸法ｄＬのほぼ半分に等しい。

基本微細構造３はまた、その長手方向の軸と直交する平面における、その基本微細構造３の最大の空間的な広がりに対応する、幅寸法ＯＤを特徴とする。基本微細構造の幅寸法ＯＤは２〜１０μｍに含まれる。

尚、これらの基本微細構造３は、互いにほぼ平行に配列される一方で、基板１の延長の主要平面に対して、ほぼ直角の角度βをなすように配列される。

「ほぼ直角の角度」という表現は、約８８°〜９２°に含まれる角度を意味すると解釈される。

上記微細構造３は、互いに、距離ＦＰだけ隔置される。距離ＦＰは約０．５〜１０μｍに含まれ、好ましくは１〜２μｍに含まれる。

尚、基本微細構造は、例えば、円形、楕円形、矩形、方形または三角形の横断面を有しうる。

図１ｂに示されているように、上記基本微細構造３は、基板１の一面にわたって周期的に配列される。基本微細構造３の空間的周期ＳＰが、例えば、３〜１０μｍに含まれる。

空間的周期ＳＰはまた、微細構造３の幅寸法ＯＤと、連続して配置された２つの微細構造３を分離する間隔（距離ＦＰに対応する）の合計に等しい。

図１ｃは、方形と円形の横断面をそれぞれ有する基本微細構造１３ａ、１３ｂの概略的な上面図である。

したがって、基本微細構造３、１３ａ、１３ｂはそれぞれ、基本微細構造３の空洞５の、幅方向の最大の空間的な広がりＩＤに対応する、幅寸法ＩＤをも特徴とする。

したがって、基本微細構造は、長手寸法ｄＬと、２つの連続する基本微細構造３を分離する距離ＦＰとの比である、アスペクト比ｒａｓｐによって定義されうる。基本微細構造３、１３ａ、１３ｂのアスペクト比は、例えば、１０以上、好ましくは１０〜１００に含まれる。

図１ｄは、２つの基本微細構造３を含んだ、本発明による微細構造基板１の断面写真である。図１ｄは、商品名ツァイス ウルトラ５５（Ｚｅｉｓｓ Ｕｌｔｒａ５５、登録商標）で販売されている走査型電子顕微鏡で撮影された写真である。

図１ｄの基本微細構造３は以下の特徴的なサイズを有する。
長手寸法ｄＬが１０μｍ、
幅寸法ＯＤが３μｍ、
空洞５の長手寸法ｄｉｎが５μｍ、
空洞５の幅寸法ＩＤが１μｍ、
空間的周期ＳＰが４μｍ（したがって、連続して配置された２つの微細構造を分離する距離ＦＰは１μｍ）。

添付の図４ａおよび４ｂは、本発明による微細構造基板の様々な倍率での観察結果の写真である。図４ａおよび４ｂの写真は、商品名ツァイス ウルトラ５５（Ｚｅｉｓｓ Ｕｌｔｒａ５５、登録商標）で販売されている走査型電子顕微鏡で撮影した。

シリコン基板の一面にわたって周期的に配列された、方形断面の基本微細構造が確認されうる。

図４ａおよび４ｂの微細構造基板の特徴的なサイズは以下のとおりである。
長手寸法ｄＬが３０μｍ、
幅寸法ＯＤが２μｍ、
空洞５の長手寸法ｄｉｎが１５μｍ、
空洞５の幅寸法ＩＤが１．２μｍ、
空間的周期ＳＰが４μｍ（したがって、連続して配置された２つの微細構造を分離する距離ＦＰは２μｍ）。

尚、微細構造基板およびその微細構造は、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ケイ素およびリン化インジウムから選択された材料でも製造されうる。

微細構造基板と複数の基本微細構造は単一の物体を成す（すなわち、微細構造基板と複数の基本微細構造は同じ材料から一体的に形成される）。

しかしながら、一変形形態では、基板と微細構造は異なる材料から製造されうる。

尚、別の変形形態では、基本微細構造は、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、リン化インジウムおよびそれらの混合物の１つから選択された材料から製造される。

本発明による微細構造基板１は、以下で説明する調達方法によって得られる。

本発明による微細構造基板を得る方法は以下の段階を含む。
ａ）シリコン基板すなわちウエハを、それ自体知られている方法を使用して（したがってこの方法についてはここでは詳細に述べない）洗浄する段階。
ｂ）シリコンウエハの平面の表面上に、均一な厚さのフォトレジスト層をコーティングする段階。より詳細には、フォトレジスト層はスピンコートによって成膜される。例として、販売名ＳＰＲ（登録商標）２２０（ロ−ム アンド ハ−ス（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ、登録商標）社）で販売されているフォトレジスト、または販売名ＡＺ９２６０（登録商標）（マイクロケミカルズ（Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ）社）で販売されているフォトレジストを使用することが、特に可能である。
ｃ）フォトリソグラフィによって、上記フォトレジスト層に、少なくとも１つの基本パターンの繰り返しを、上記基板の上記表面がフォトレジスト除去域を有するように生成する段階。
上記の、フォトリソグラフィで少なくとも１つの基本パターンを複数生成する段階は、それ自体知られている方法であり、したがってここでは詳細に述べない。
添付の図２ａ〜３ｂは、ツァイス ウルトラ５５（Ｚｅｉｓｓ Ｕｌｔｒａ５５、登録商標）走査型電子顕微鏡によって取得された写真である。この写真で、フォトレジストに生成された複数の基本パターンが確認されうる。
図２ａおよび２ｂの基本パターンは、ほぼ円形の断面を有するチューブの形状をしている。
図３ａおよび３ｂの基本パターンは、ほぼ方形の断面のチューブの形状をしている。
ｄ）基板のフォトレジストを除去した領域に、エッチングを行う段階。このエッチング段階は、六フッ化硫黄（またはＳＦ６）などの電離気体を使用するボッシュタイプの深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）技術によって行われる。シリコン基板は、３μｍ／ｍの速度でエッチングされ、エッチング段階の持続時間は約３秒である。
ｅ）基板の表面を不活性化する段階（不活性化は、基板のフォトレジスト除去域で優先的に行われる選択的なプロセスである）。上記不活性化段階は、オクタフルオロブテン（Ｃ４Ｆ８）などの電離気体を使用するボッシュタイプの深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）技術によって行われる。不活性化段階の持続時間は約２秒である。
ｆ）上記微細構造基板を得るために、上記エッチング段階と上記不活性化段階を繰り返す段階。
尚、上記エッチング段階と上記不活性化段階は、ＳＰＴＳ社（登録商標）のプラズマエッチングツールを使用して行われる。
上記エッチング段階と上記不活性化段階の繰り返しによって、例えば１０以上、好ましくは１０〜１００に含まれる高いアスペクト比を有する基本微細構造を得ることが可能になる。さらに、得られる基本微細構造は、基板から、その基板の延長の主要平面と直交して延びる。
ｇ）フォトレジストを除去する段階。これは、販売名アッシング システム ギガバッチ３１０ エム（Ａｓｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＧＩＧＡｂａｔｃｈ３１０ Ｍ）（ピーブイエー テプラ（ＰＶＡ ＴＥＰＬＡ、登録商標）社）で販売されている機械を介したプラズマ表面処理技術によって行われる。
尚、この製造技術により、表面上にスカロップなどの凸凹を有する基本微細構造が生成される（より詳細には図１ｄおよび４ｂで確認できる）。

一変形形態（図示せず）では、フォトレジストを除去する段階ｇ）の後、得られた基本微細構造の表面にアルミナ（またはＡｌ_２Ｏ_３）を成膜する段階が続く。アルミナを成膜する段階は原子層成膜（またはＡＬＤ）方法によって行われ、この段階によって、アルミナの共形層が基本微細構造の内部と外部に成膜される。

このアルミナ層は少なくとも部分的に、本発明による微細構造基板を得る方法によって生じたスカロップを充填する。これは、その後の、微細構造基板の表面上への他の材料の成膜を容易にするためと、本発明による微細構造基板を電気的に絶縁するために行われる。

本発明の最後の主題は、本発明による微細構造基板４３を含んだ、例えば電池、より詳細には全固体電気化学電池４１などの、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスである。

図５ａは、本発明による電気化学電池４１の概略的な部分断面の上面斜視図である。

上記電池４１は以下を含む。
微細構造基板４３上に配置される第１の集電体４５と、
第２の集電体４７と、
第１集電体４５と第２の集電体４７の間に配置される、負極４９および正極５１と、
負極４９と正極５１の間に配置される電解質５３。

上述の要素４５〜５３は、固体材料から生成された積層した薄層の形をとる。

上記集電体は、例えば、アルミニウムや、銅、白金、チタン窒化物などの固体材料から生成される。

さらに、積層した薄層４５〜５３の表面を酸化から保護するために、例えば窒化ケイ素または酸化ケイ素などの保護層５５がその表面に成膜される。

図５ｂに示されているように、本発明による微細構造基板により、上記薄層４５〜５３を、基板４３の表面全体に成膜することが可能になる。本発明による微細構造基板４３は、より多くの電極材料を収容可能な一方、優れた機械的品質を示す。したがって、本発明による電池４１は、従来技術の電池よりも優れた性能を有する。

尚、薄層４５〜５３は、以下の方法、つまり、原子層堆積（またはＡＬＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、電着などのうちの少なくとも１つを使用して生成される。

例として、図６ａ〜６ｄに、本発明による微細構造基板を含んだ電気化学半電池および／または平面の基板を含んだ電気化学半電池の特徴的な特性が示されている。

上記電気化学半電池はそれぞれ、３０ｎｍの、集電体を形成する白金の薄層と、３８ｎｍ〜１５０ｎｍに含まれる厚さを有する、負極を形成する二酸化チタン（アナターゼ結晶形態）の薄層を含む。

上記電気化学半電池を、濃度１Ｍ（１ｍｏｌ／ｍ^３）のリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（またはＬｉＴＦＳＩ）と、炭酸エチレンおよび炭酸ジエチル（体積比１：１）の混合物である液体電解質を用いて試験した。さらに、これらの半電池をそれぞれ、リチウム電極を用いて試験した。このリチウム電極は、上記のように形成した電気化学電池で、対向電極と基準電極の役割を果たす（レドックス対Ｌｉ／Ｌｉ＋）。

試験した様々な電気化学半電池Ｓ０〜Ｓ３は、以下の表１に示されている特性を有する基板を含んでいた。

電気化学半電池Ｓ０は平面の基板、Ｓ１は基本微細構造がピラである微細構造基板を、それぞれ含む。

電気化学半電池Ｓ２およびＳ３は、本発明による微細構造基板を含む。

したがって、本発明による微細構造基板によって、各構成要素（例えば電解質、電極など）により多くの活物質を含んだ、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスが製造される。

よって、各電気化学半電池について測定した特徴的な量の結果が図６ａ〜６ｄに示されている。

図６ａには、前述の形成した電気化学電池の端子間に印加した電圧（Ｖまたはボルト）に応じて、平面の基板を含んだ電気化学半電池Ｓ０から送出される電流の大きさ（ｍＡまたはミリアンペア）が示されている。

図６ｂには、上記の形成した電気化学電池の端子間に印加した電圧（Ｖまたはボルト）に応じて、電気化学電池Ｓ０、Ｓ１およびＳ２から送出される電流の大きさ（ｍＡ）が示されている。

これで以下のことが分かる。本発明による微細構造基板Ｓ２を含んだ電池から送出される電流の大きさの最大値は、
平面の基板を含んだ電池Ｓ０から送出される電流の大きさよりも、同一電圧で少なくとも１０倍大きく、
微細構造基板を含んだ電池Ｓ１から送出される電流の大きさよりも、同一電圧で少なくとも４倍大きい。

図６ｃには、上記電池の端子間に印加した電圧（Ｖ）に応じた、平面の基板を含んだ電気化学電池Ｓ０の充放電中における、単位面積当たりの容量（μＡｈ／ｃｍ^２、マイクロアンペア時毎平方センチメートル）が示されている。

図６ｄには、上記電池の端子間に印加した電圧（Ｖ）に応じた、本発明による微細構造基板を含んだ電気化学電池Ｓ３の充放電中における、単位面積当たりの容量（μＡｈ／ｃｍ^２）が示されている。

図６ｄはまた、平面の基板を含んだ電気化学電池の図６ｃに示されている結果も含んでいる。

これで分かるのは、本発明による微細構造基板を含んだ電池の単位面積当たりの容量の最大値は、電気化学電池の充電中か放電中かを問わず、平面の基板を含んだ電気化学電池の単位面積当たりの容量の最大値よりも少なくとも２０倍大きいということである。

尚、図６ａ〜ｂに示されている結果は、電圧スキャン速度０．１５ｍＶ／ｓで取得した。

したがって、図６ａ〜６ｄから明らかなことは、本発明による電気エネルギーを蓄積するためのデバイスによって、従来技術の電気エネルギーを蓄積するためのデバイスよりも優れた性能を得ることが可能になるということである。

１ 微細構造基板
３ 基本微細構造
３ａ 基本微細構造３の下端
３ｂ 基本微細構造３の上端
３ｃ 基本微細構造３の外面
３ｄ 基本微細構造３の内面
５ 開放空洞
ｄＬ 基本微細構造３の長手寸法
ｄｉｎ 空洞５の長手寸法
ＯＤ 基本微細構造３の幅寸法
ＦＰ 基本微細構造３の間隔
ＳＰ 基本微細構造３の空間的周期
１３ａ 方形断面の基本微細構造
１３ｂ 円形断面の基本微細構造
ＩＤ 空洞５の幅寸法
ｒａｓｐ 基本微細構造のアスペクト比
４１ 全固体電気化学電池
４３ 微細構造基板
４５ 第１の集電体
４７ 第２の集電体
４９ 負極
５１ 正極
５３ 電解質
５５ 保護層
Ｓ０ 平面の基板を含んだ電気化学半電池
Ｓ１ 基本微細構造がピラである電気化学半電池
Ｓ２ 本発明による微細構造基板を含んだ電気化学半電池
Ｓ３ 本発明による微細構造基板を含んだ電気化学半電池

Claims (16)

1. 少なくとも１つの基本微細構造を複数含んだ微細構造基板であって、前記少なくとも１つの基本微細構造（３）が、細長い形状と、対向する長手方向の下端（３ａ）および上端（３ｂ）を有し、前記下端（３ａ）が前記基板に連結される一方で、その上端（３ｂ）に開放空洞（５）を含み、前記微細構造基板がその表面上にアルミナを含むことを特徴とする、基板。
2. 前記基本微細構造（３）が、円形、楕円形、矩形、方形または三角形の横断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の基板。
3. 前記基本微細構造（３）が、５〜２００μｍの長手寸法ｄＬと、２〜１０μｍの幅寸法ＯＤを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の基板。
4. 前記基板の前記基本微細構造（３）が、前記基板（１）の一面にわたって周期的に配列されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板。
5. 前記基板（１）の前記基本微細構造（３）が、３〜１０μｍの空間的周期ＳＰを有することを特徴とする、請求項４に記載の基板。
6. 前記基本微細構造（３）のそれぞれの前記開放空洞（５）が、前記基本微細構造の内部に、長手方向に延びていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板。
7. 前記基本微細構造（３）が１０以上のアスペクト比ｒａｓｐを有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の基板。
8. ケイ素、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ケイ素およびリン化インジウムから選択された材料から作られていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の基板。
9. 平面の表面を有する基板を微細構造化することによって、請求項１から８のいずれか一項に記載の微細構造基板を得る方法であって、少なくとも、
   ａ）前記基板の前記平面の表面上に、フォトレジスト層をコーティングする段階と、
   ｂ）フォトリソグラフィによって、前記フォトレジスト層に、少なくとも１つの基本パターンの繰り返しを、前記基板の前記表面がフォトレジスト除去域を有するように生成する段階と、
   ｃ）前記基板の前記表面の前記フォトレジスト除去域に、エッチングを行う段階と、
   ｄ）前記基板の前記表面を不活性化する段階と、
   ｅ）前記微細構造基板を得るために、前記エッチング段階ｃ）と前記不活性化段階ｄ）を繰り返す段階と、前記繰り返し段階ｅ）の後に、前記微細構造基板の前記表面上にアルミナを成膜する段階を含むことを特徴とする、方法。
10. 前記フォトリソグラフィ段階ｂ）で得られる前記基本パターンが、環状の形状を有し、その寸法が、前記基本微細構造（３）の横断面寸法（ＳＰ、ＦＰ、ＩＤ）と一致することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記にエッチング段階ｃ）および不活性化段階ｄ）が、電離気体を介して実行されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 電気エネルギーを蓄積するためのデバイスを製造するための、請求項１〜８のいずれか一項に記載の微細構造基板の使用。
13. 少なくとも、
    基板（４３）と、
    一方が前記基板（４３）上に配置される、負極（４９）および正極（５１）と、
    前記負極（４９）と前記正極（５１）の間に配置された電解質（５３）とを含む、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスであって、
    前記基板（４３）が、請求項１〜８のいずれか一項に記載の微細構造基板であることを特徴とする、デバイス。
14. 前記基板（４３）上に配置される第１の集電体（４５）と、第２の集電体（４７）をさらに備え、前記負極（４９）および前記正極（５１）が、前記第１の集電体（４５）と前記第２の集電体（４７）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記基板（４３）が、ケイ素、二酸化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ケイ素およびリン化インジウムから選択された材料から作られ、前記集電体（４５、４７）が、アルミニウム、銅、白金およびチタン窒化物から選択された固体材料から作られていることを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
16. 請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の電気エネルギーを蓄積するためのデバイスであって、前記負極（４９）、前記正極（５１）および前記電解質（５３）がそれぞれ、薄層の形であることを特徴とする、デバイス。

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