JP2020004592A - Formation device of solid electrolyte membrane and formation method of solid electrolyte membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に適用される固体電解質膜を形成する固体電解質膜の形成装置、および、固体電解質膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte membrane forming apparatus for forming a solid electrolyte membrane applied to a secondary battery, and a solid electrolyte membrane forming method.
可逆的な電池反応を用いて充電および放電が可能に構成された電池としてリチウム二次電池が知られている。リチウム二次電池において正極と負極の間に位置する電解質は、リチウムイオンの伝導路として機能する。固体の電解質である固体電解質膜は微細な凹凸面を持つ基板を被覆することが求められるため、化学的気相成長法を用いた成膜方法が提案されている(例えば、特許文献1,2を参照)。 Lithium secondary batteries are known as batteries configured to be able to charge and discharge using a reversible battery reaction. In a lithium secondary battery, an electrolyte located between a positive electrode and a negative electrode functions as a lithium ion conduction path. Since a solid electrolyte membrane, which is a solid electrolyte, is required to cover a substrate having fine irregularities, a film formation method using a chemical vapor deposition method has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2). See).
ところで、上述した成膜方法では、原料の固体が収容された容器内で原料の固体を昇華させた後に、昇華によって生成された原料の気体を容器から真空チャンバーに配管を通じて送り、そして、原料の気体を他の気体と混合させて反応させる。しかしながら、容器内で昇華した原料の気体は真空チャンバーに到達するまでに再度固化しやすいため、配管の詰まりや原料の滞留などを招き、結果として、原料の安定的な供給が妨げられている。
本発明は、原料の安定的な供給を可能にした固体電解質膜の形成装置、および、固体電解質膜の形成方法を提供することを目的とする。
By the way, in the film forming method described above, after sublimating the raw material solid in the container containing the raw material solid, the raw material gas generated by the sublimation is sent from the container to the vacuum chamber through a pipe, and the raw material solid is sublimated. The gas is mixed with another gas and reacted. However, the gas of the raw material sublimated in the container is likely to be solidified again before reaching the vacuum chamber, which causes clogging of the piping and stagnation of the raw material, thereby hindering stable supply of the raw material.
An object of the present invention is to provide a solid electrolyte membrane forming apparatus and a solid electrolyte membrane forming method that enable stable supply of raw materials.
上記課題を解決するための固体電解質膜の形成装置は、原料として有機リチウム化合物を収容する原料タンクと、原料の気体と当該気体以外の他の原料の気体とを混合する混合室と、基板を収容する成膜室とがシャワープレートで区切られた真空チャンバーと、前記原料タンクと前記混合室とを連通させて、当該連通による前記原料タンクで昇華した前記原料の気体を前記真空チャンバーに送る配管と、前記原料タンク、前記真空チャンバー、および、前記配管を別々に加熱する加熱部と、を備える。そして、前記加熱部は、前記原料タンクの温度が前記原料の融点以下、前記配管のなかの上流部分の温度が前記原料タンクの温度よりも高温、前記配管のなかの下流部分の温度が前記原料タンクの温度以上、かつ、前記上流部分の温度未満、および、前記真空チャンバーの温度が前記原料タンクの温度以上、かつ、前記下流部分の温度未満を満たすように各部を加熱する。 An apparatus for forming a solid electrolyte membrane for solving the above-mentioned problem includes a raw material tank containing an organolithium compound as a raw material, a mixing chamber for mixing a raw material gas and a raw material gas other than the gas, and a substrate. A vacuum chamber in which a film forming chamber to be accommodated is separated by a shower plate, and a pipe for communicating the source tank and the mixing chamber to send the source gas sublimated in the source tank to the vacuum chamber by the communication. And a heating unit for separately heating the raw material tank, the vacuum chamber, and the piping. The heating unit may be configured such that the temperature of the raw material tank is equal to or lower than the melting point of the raw material, the temperature of the upstream portion of the pipe is higher than the temperature of the raw material tank, and the temperature of the downstream portion of the pipe is the raw material. Each part is heated so that the temperature of the tank is equal to or higher than the temperature of the upstream portion, and the temperature of the vacuum chamber is equal to or higher than the temperature of the raw material tank and lower than the temperature of the downstream portion.
上記課題を解決するための固体電解質膜の形成方法は、有機リチウム化合物を原料として原料タンクに収容するとともに、有機リチウム化合物を融点以下で加熱することと、基板を成膜室に収容することと、前記原料タンクと混合室との連通、および、前記混合室と前記成膜室との連通の後に、前記成膜室内の圧力を前記原料の蒸気圧以下に保つことと、前記原料タンクと前記混合室との連通による前記原料タンクの減圧によって前記原料タンクで前記原料の固体を昇華させつつ前記原料タンクから前記混合室に向けて前記原料の気体を流すことと、前記混合室において前記原料の気体を当該気体以外の他の原料の気体と混合した後に、前記混合室から前記成膜室へ前記原料の気体を流すことと、前記基板を加熱して前記基板に到達した前記原料の熱反応を起こすことで、固体電解質膜であるリチウム化合物膜を前記基板に形成することと、を含む。前記原料タンクと前記混合室とを結ぶ配管が、上流部分と、前記上流部分に対する前記混合室側に位置する下流部分とから構成される。そして、前記混合室に向けて前記原料の気体を流すことでは、前記上流部分の温度を前記原料タンクの温度よりも高くすること、前記下流部分の温度を前記原料タンクの温度よりも高く、かつ、上流部分よりも低くすることと、および、前記成膜室および前記混合室の温度を前記原料タンクの温度以上、かつ、前記下流部分の温度よりも低くすることとを含む。 A method for forming a solid electrolyte membrane for solving the above-mentioned problem is to store an organic lithium compound in a raw material tank as a raw material, heat the organic lithium compound at a melting point or lower, and store a substrate in a film formation chamber. The communication between the source tank and the mixing chamber, and after the communication between the mixing chamber and the film forming chamber, maintaining the pressure in the film forming chamber at or below the vapor pressure of the raw material; Flowing the raw material gas from the raw material tank toward the mixing chamber while sublimating the raw material solid in the raw material tank by decompression of the raw material tank by communication with the mixing chamber; and After mixing the gas with another source gas other than the gas, flowing the source gas from the mixing chamber to the film forming chamber, and heating the substrate to reach the substrate By causing thermal reaction charge includes forming a lithium compound film is a solid electrolyte film on the substrate. A pipe connecting the raw material tank and the mixing chamber includes an upstream portion and a downstream portion located on the mixing chamber side with respect to the upstream portion. And, by flowing the gas of the raw material toward the mixing chamber, the temperature of the upstream portion is higher than the temperature of the raw material tank, the temperature of the downstream portion is higher than the temperature of the raw material tank, and Lowering the temperature of the film forming chamber and the mixing chamber from the temperature of the raw material tank and lowering the temperature of the downstream part than the temperature of the raw material tank.
昇華によって生成された原料の気体が原料タンクから配管に送られる供給系では、原料の気体が流れる流路の断面積が原料タンクから急に狭まり、それによって、昇華によって生成された原料の気体が配管のなかで再度固化(昇華)する。この点、上記各構成によれば、配管の上流部分の温度が原料タンクの温度よりも高いため、原料の気体が原料タンクから配管に流れるときに原料の固化が抑えられる。結果として、原料の安定的な供給が可能となる。 In a supply system in which the raw material gas generated by sublimation is sent from the raw material tank to the pipe, the cross-sectional area of the flow path through which the raw material gas flows narrows sharply from the raw material tank, thereby reducing the raw material gas generated by sublimation. Solidifies (sublimates) again in the piping. In this regard, according to each of the above configurations, since the temperature of the upstream portion of the pipe is higher than the temperature of the raw material tank, solidification of the raw material is suppressed when the raw material gas flows from the raw material tank to the pipe. As a result, a stable supply of the raw material becomes possible.
上記固体電解質膜の形成装置において、前記原料は、第1原料であり、前記原料タンクは、第1原料タンクであり、前記配管は、第1配管であり、第2原料として有機リン酸化合物を収容する第2原料タンクと、前記第2原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第2原料の気体を前記真空チャンバーに送る第2配管と、を備え、前記加熱部は、前記第2原料タンクにおいて前記第2原料を0℃以上に加熱してもよい。この固体電解質膜の形成装置によれば、固体電解質膜としてリン酸リチウム化合物が形成可能である。 In the solid electrolyte membrane forming apparatus, the raw material is a first raw material, the raw material tank is a first raw material tank, the pipe is a first pipe, and an organic phosphate compound is used as a second raw material. A second raw material tank to be housed, and a second pipe that communicates the second raw material tank with the mixing chamber and sends the second raw material gas to the vacuum chamber as the other raw material gas, The heating section may heat the second raw material to 0 ° C. or higher in the second raw material tank. According to the solid electrolyte membrane forming apparatus, a lithium phosphate compound can be formed as the solid electrolyte membrane.
上記固体電解質膜の形成装置において、前記原料は、第1原料であり、前記原料タンクは、第1原料タンクであり、前記配管は、第1配管であり、第2原料として有機ランタン化合物を収容する第2原料タンクと、前記第2原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第2原料の気体を含めて前記真空チャンバーに送る第2配管と、第3原料として有機ジルコニウム化合物を収容する第3原料タンクと、前記第3原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第3原料の気体を含めて前記真空チャンバーに送る第3配管と、を備える。そして、前記加熱部は、前記第2原料タンクの温度が前記第2原料の融点以下、前記第3原料タンクの温度が前記第3原料の融点以下、前記第2配管のなかの上流部分の温度が前記第2原料タンクの温度よりも高温、前記第3配管のなかの上流部分の温度が前記第3原料タンクの温度よりも高温、前記第2配管のなかの下流部分の温度が前記第2原料タンクの温度以上、かつ、前記第2配管の上流部分の温度未満、および、前記第3配管のなかの下流部分の温度が前記第3原料タンクの温度以上、かつ、前記第3配管の上流部分の温度未満を満たすように各部を加熱してもよい。この固体電解質膜の形成装置によれば、固体電解質膜としてLi−La−Zr−O系固体電解質膜が形成可能である。 In the solid electrolyte membrane forming apparatus, the raw material is a first raw material, the raw material tank is a first raw material tank, the pipe is a first pipe, and contains an organic lanthanum compound as a second raw material. A second raw material tank, a second pipe that communicates the second raw material tank with the mixing chamber and sends the second raw material gas to the vacuum chamber as the other raw material gas, and a third raw material tank. A third raw material tank containing an organic zirconium compound, and the third raw material tank and the mixing chamber being communicated with each other to send the third raw material gas as the other raw material gas to the vacuum chamber. Piping. The heating unit may be configured such that the temperature of the second raw material tank is equal to or lower than the melting point of the second raw material, the temperature of the third raw material tank is equal to or lower than the melting point of the third raw material, and the temperature of an upstream portion in the second pipe. Is higher than the temperature of the second raw material tank, the temperature of the upstream portion of the third pipe is higher than the temperature of the third raw material tank, and the temperature of the downstream portion of the second pipe is the second temperature. The temperature of the raw material tank is higher than the temperature of the upstream part of the second pipe, and the temperature of the downstream part of the third pipe is higher than the temperature of the third raw material tank and the upstream of the third pipe. Each part may be heated so as to satisfy the temperature below the part. According to the solid electrolyte membrane forming apparatus, a Li-La-Zr-O-based solid electrolyte membrane can be formed as the solid electrolyte membrane.
上記固体電解質膜の形成装置において、前記上流部分から前記成膜室へ前記原料の気体と共に不活性ガスを流す不活性ガス供給部をさらに備えてもよい。この固体電解質膜の形成装置によれば、原料を搬送するための不活性ガスの添加が上流部分で行われるため、原料タンクで昇華した原料の気体が配管で再度固化することを抑えて、かつ、原料の気体の安定的な流量が確保可能ともなる。 The apparatus for forming a solid electrolyte membrane may further include an inert gas supply unit for flowing an inert gas together with the raw material gas from the upstream portion to the film forming chamber. According to the solid electrolyte membrane forming apparatus, since the addition of the inert gas for transporting the raw material is performed in the upstream portion, the raw material gas sublimated in the raw material tank is suppressed from being solidified again in the piping, and In addition, a stable flow rate of the raw material gas can be secured.
上記固体電解質膜の形成装置において、固体電解質膜の改質のために添加ガスを前記成膜室に直接流す添加ガス供給部をさらに備えてもよい。この固体電解質膜の形成装置によれば、混合される前の原料の気体と添加ガスとが接触することが抑制されるため、固体電解質膜を形成するための混合工程と反応工程とを固体電解質膜の形成に適した順に実行可能ともなる。 The above-mentioned apparatus for forming a solid electrolyte membrane may further include an additional gas supply unit for directly flowing an additional gas into the film formation chamber for reforming the solid electrolyte membrane. According to the solid electrolyte membrane forming apparatus, the contact between the raw material gas and the additive gas before being mixed is suppressed, so that the mixing step and the reaction step for forming the solid electrolyte membrane are performed by the solid electrolyte. It can also be executed in an order suitable for film formation.
上記固体電解質膜の形成装置において、前記配管の上流部分は、前記配管の下流部分との境界に位置するバルブを備えてもよい。上流部分と下流部分との境界に位置するバルブは、原料タンクの温度が一定になるときに開くことで、原料タンクの温度が一定になる前の原料の気体が混合室に流れること、ひいては、原料が過剰に消費されることを抑える。また、真空チャンバーや配管などの各構成部材のメンテナンスは、通常、構成部材を他の構成部材から隔絶するためにバルブを要する。原料タンクと真空チャンバーとの間には、2つ以上のバルブを設けることが好ましい。配管と比べて熱容量が大きく、また、配管と比べて流路の断面積が小さい耐熱バルブは、原料の気体が再度固化することを抑える観点で、高い温度に保たれることが好ましい。この点、上記構成であれば、下流部分よりも高温である上流部分が上流部分と下流部分とを区切るバルブを備えるため、原料タンクで昇華した原料の気体が配管で再度固化することをさらに抑制可能ともなる。 In the solid electrolyte membrane forming apparatus, the upstream portion of the pipe may include a valve located at a boundary with a downstream portion of the pipe. The valve located at the boundary between the upstream portion and the downstream portion is opened when the temperature of the raw material tank is constant, so that the raw material gas before the raw material tank temperature becomes constant flows into the mixing chamber, and thus, Avoid excessive consumption of raw materials. Further, maintenance of each component such as a vacuum chamber and a pipe usually requires a valve to isolate the component from other components. It is preferable to provide two or more valves between the raw material tank and the vacuum chamber. A heat-resistant valve having a larger heat capacity than a pipe and a smaller cross-sectional area of a flow path than the pipe is preferably kept at a high temperature from the viewpoint of preventing the raw material gas from solidifying again. In this regard, in the above configuration, since the upstream portion having a higher temperature than the downstream portion is provided with a valve for separating the upstream portion and the downstream portion, the gas of the raw material sublimated in the raw material tank is further suppressed from solidifying again in the pipe. It will be possible.
[第1実施形態]
以下、図1を参照して、固体電解質膜の形成装置、および、固体電解質膜の形成方法を具体化した第1実施形態を説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment that embodies a solid electrolyte membrane forming apparatus and a solid electrolyte membrane forming method will be described with reference to FIG.
[固体電解質膜の形成装置]
図1が示すように、固体電解質膜の形成装置は、真空チャンバー10、第1原料タンク11、第2原料タンク21、第1配管12、第2配管22、および、コントローラー50を備える。真空チャンバー10は、成膜室10A、混合室10B、および、混合室ヒーター10C、成膜室ヒーター10Fを備える。シャワープレート10Dは、成膜室10Aと混合室10Bとが連通した状態で、真空チャンバー10の内部を成膜室10Aと混合室10Bとに区切る。
[Solid electrolyte membrane forming device]
As shown in FIG. 1, the apparatus for forming a solid electrolyte membrane includes a
成膜室10Aは、ステージヒーター10Eを備える。ステージヒーター10Eは、真空チャンバー10に搬入された基板Sを加熱可能に載置する。成膜室10Aは、ターボポンプP2と接続されている。ターボポンプP2の排気口は、ロータリーポンプP1と接続されている。コントローラー50は、ターボポンプP2を駆動して、真空チャンバー10を所定の圧力に到達させる。成膜室10Aと混合室10Bとが到達する圧力は、各原料タンク11,21に収容された原料のなかで最も低い蒸気圧以下である。各原料タンク11,21に収容された原料のなかで最も低い蒸気圧は、例えば、1Paである。
The
混合室ヒーター10Cは、混合室10Bを所定温度に加熱する。成膜室10Aの温度、混合室10Bの温度、および、シャワープレート10Dの温度は、相互に異なる温度であってもよいし、相互に等しい温度であってもよい。
成膜室ヒーター10Fは、未反応の原料ガスが真空チャンバー10に堆積することを抑えるために設けられ、成膜室10Aにおける内面(壁)の温度を50℃以上300℃以下の範囲で、例えば、200℃に加熱する。
The
The film forming
成膜室10Aは、添加ガス配管L5と接続されている。添加ガス配管L5は、添加ガスを混合室10Bに通さず、添加ガスを成膜室10Aに直接送る。添加ガスは、固体電解質膜の膜特性を改善するために用いられる。添加ガスは、例えば、アンモニアガスである。バルブV5は、添加ガス配管L5の途中に位置する。コントローラー50は、バルブV5を駆動して、添加ガスの供給とその停止とを行う。
The
ステージヒーター10Eは、シースヒーターが埋め込まれたホットプレートであって、温度制御用のセンサーを備える。コントローラー50は、電源からステージヒーター10Eに電力を供給して、基板Sを反応温度に加熱する。反応温度は、原料の分解を促進し、固体電解質膜を形成する反応を促す。反応温度は、例えば、有機リチウム化合物と有機リン酸化合物との反応を促す。反応温度は、300℃以上700℃以下であり、例えば、550℃である。成膜室加熱用のヒーター10Fは未反応の原料ガスの堆積を防止するために設けられ、その温度は50℃以上300℃以下であり、例えば200℃である。
The
第1原料タンク11は、第1原料の固体を収容する。第1原料の固体は、例えば、有機リチウム化合物の固体である。第1原料タンク11に収容される有機リチウム化合物は、標準状態において固体である。第1原料タンク11に収容される有機リチウム化合物は、例えば、170℃での蒸気圧が1Pa以下である。コントローラー50は、第1タンクヒーター13を駆動して、第1原料タンク11に収容された第1原料を加熱する。
The first
有機リチウム化合物は、例えば、ジピバロイルメタナトリチウム(Li(dpm):CAS登録番号22441‐13‐0)、ターシャリーブトキシリチウム(LiOtBu:CAS登録番号1907‐33‐1)、トリメチルシリルアミドリチウム(Li(tmSa):CAS登録番号4039‐321)である。 Examples of the organolithium compound include dipivaloylmethanathium lithium (Li (dpm): CAS registration number 22441-13-0), tertiary butoxylithium (LiOtBu: CAS registration number 1907-33-1), and trimethylsilyl amide lithium ( Li (tmSa): CAS registration number 4039-321).
ジピバロイルメタナトリチウムの蒸気圧は、230℃において約300Paであり、200℃において約20Paであり、170℃において約1Paである。なお、ジピバロイルメタナトリチウムの融点は、280℃である。ターシャリーブトキシリチウムの蒸気圧は、110℃において約10Paである。なお、ターシャリーブトキシリチウムの融点は、170℃から205℃である。トリメチルシリルアミドリチウムの蒸気圧は、82℃において約1Paである。トリメチルシリルアミドリチウムの融点は、72℃である。 The vapor pressure of dipivaloylmethanatolithium is about 300 Pa at 230 ° C., about 20 Pa at 200 ° C., and about 1 Pa at 170 ° C. The melting point of dipivaloyl methanato lithium is 280 ° C. The vapor pressure of tertiary butoxylithium is about 10 Pa at 110 ° C. The melting point of tertiary butoxylithium is from 170 ° C to 205 ° C. The vapor pressure of lithium trimethylsilylamide is about 1 Pa at 82 ° C. The melting point of lithium trimethylsilylamide is 72 ° C.
第1原料タンク11は、第1配管12と接続されている。導入バルブV12は、第1配管12の下流部分の入り口付近に位置する。導出耐熱バルブV13は、第1配管12の出口付近に位置する。
The first
第1配管12は、混合室10Bと接続されている。第1配管12は、導入バルブV12を境界として、上流部分12Aと下流部分12Bとに区分される。上流部分12Aは、導入バルブV12を含む。コントローラー50は、導入バルブV12を駆動して、上流部分12Aと下流部分12Bとの連通とその遮断とを切り替える。
The
不活性ガス配管L1は、バルブV11を介して、上流部分12Aの途中に接続されている。不活性ガスは、第1原料タンク11で昇華した第1原料の気体を混合室10Bに向けて送る。不活性ガスは、例えば、窒素である。コントローラー50は、バルブV11を駆動して、不活性ガスの導入とその停止とを行う。
The inert gas pipe L1 is connected to the middle of the
固体電解質膜の形成装置は、第1上流ヒーター14Aと第1下流ヒーター14Bとを備える。コントローラー50は、加熱部を構成する。コントローラー50は、第1上流ヒーター14Aを駆動して、上流部分12Aを加熱する。コントローラー50は、第1下流ヒーター14Bを駆動して、下流部分12Bを加熱する。コントローラー50は、上流部分12Aの温度を下流部分12Bの温度よりも高める。
The apparatus for forming a solid electrolyte membrane includes a first
第2原料タンク21は、第2原料の液体を収容する。第2原料の液体は、例えば、有機リン酸化合物の液体である。第2原料タンク21に収容される有機リン酸化合物は、標準状態で液体である。有機リン酸化合物は、リン酸トリエチル(TEP)である。コントローラー50は、第2タンクヒーター23を駆動して、第2原料タンク21に収容された第2原料の液体を、0℃以上、かつ、第2原料の沸点未満に加熱する。
The second
第2原料タンク21は、第2配管22と接続されている。導入バルブV22は、第2配管22の下流部分の入り口付近に位置する。導出耐熱バルブV23は、第2配管22の出口付近に位置する。
The second
第2配管22は、混合室10Bと接続されている。第2配管22は、導入バルブV22を境界として、上流部分22Aと下流部分22Bとに区分される。上流部分22Aは、導入バルブV22を含む。コントローラー50は、導入バルブV22を駆動して、上流部分22Aと下流部分22Bとの連通とその遮断とを切り替える。
The
不活性ガス配管L2は、バルブV21を介して、上流部分22Aの途中に接続されている。不活性ガスは、第2原料タンク21から流れる第2原料の気体を混合室10Bに向けて送る。不活性ガスは、例えば、窒素である。コントローラー50は、バルブV21を駆動して、不活性ガスの導入とその停止とを行う。
The inert gas pipe L2 is connected to the middle of the
固体電解質膜の形成装置は、第2上流ヒーター24Aと第2下流ヒーター24Bとを備える。コントローラー50は、第2上流ヒーター24Aを駆動して、上流部分22Aを加熱する。コントローラー50は、第2下流ヒーター24Bを駆動して、下流部分22Bを加熱する。コントローラー50は、上流部分22Aと下流部分22Bとを別々の温度、あるいは、同一の温度に加熱する。
The solid electrolyte membrane forming apparatus includes a second
コントローラー50は、ステージヒーター10Eが備えるセンサーからステージヒーター10Eの温度の検出結果を入力する。コントローラー50は、成膜室10Aの温度、および、混合室10Bの温度を別々に検出する温度センサー3Sから各温度の検出結果を入力する。コントローラー50は、第1原料タンク11の温度、第1配管12の上流部分12Aの温度、および、第1配管12の下流部分12Bの温度を別々に検出するセンサー12Sから各温度の検出結果を入力する。コントローラー50は、第2原料タンク21の温度、第2配管22の上流部分22Aの温度、および、第2配管22の下流部分22Bの温度を別々に検出するセンサー22Sから各温度の検出結果を入力する。
The
コントローラー50は、センサーの検出結果を設定温度にするための制御信号をステージヒーター10Eの駆動部に出力して、該駆動部にステージヒーター10Eの駆動信号を出力させる。コントローラー50は、温度センサー3Sの検出結果を設定温度にするための制御信号をヒーター駆動部3Dに出力して、ヒーター駆動部3Dに混合室ヒーター10Cと成膜室ヒーター10Fの駆動信号を出力させる。
コントローラー50は、温度センサー12Sの検出結果を設定温度にするための制御信号をヒーター駆動部12Dに出力して、ヒーター駆動部12Dに、第1タンクヒーター13の駆動信号、第1上流ヒーター14Aの駆動信号、および、第1下流ヒーター14Bの駆動信号を出力させる。
コントローラー50は、温度センサー22Sの検出結果を設定温度にするための制御信号をヒーター駆動部22Dに出力して、ヒーター駆動部22Dに、第2タンクヒーター23の駆動信号、第2上流ヒーター24Aの駆動信号、および、第2下流ヒーター24Bの駆動信号を出力させる。
The
The
The
コントローラー50が記憶する各部の設定温度は、第1原料の固体を昇華して気体として送り、かつ、第2原料の液体を気化して気体として送るための温度である。コントローラー50が記憶する各部の設定温度は、第1原料の固体を気体として送るために、以下の条件1から条件4を満たす。
[条件1]成膜室10Aの設定温度、および、混合室10Bの設定温度が、第1原料タンク11の設定温度以上、かつ、下流部分12Bの設定温度未満である。
[条件2]第1原料タンク11の設定温度が、原料の融点以下、かつ、混合室10Bと第1原料タンク11との連通によって原料が昇華する温度である。
[条件3]上流部分12Aの設定温度が、第1原料タンク11の設定温度よりも高温である。
[条件4]下流部分12Bの設定温度が、第1原料タンク11の設定温度以上、かつ、上流部分12Aの設定温度未満である。
The set temperature of each unit stored in the
[Condition 1] The set temperature of the
[Condition 2] The set temperature of the first
[Condition 3] The set temperature of the
[Condition 4] The set temperature of the
[固体電解質膜の形成方法]
コントローラー50は、まず、真空チャンバー10の圧力を各原料の蒸気圧以下まで下げる。第1原料が有機リチウム化合物である場合、真空チャンバー10の圧力は、例えば、1E−3Paである。コントローラー50は、各ヒーター10C,10E,10F,13,14A,14B,23,24A,24Bを駆動して、各部を設定温度に保つ。この際、コントローラー50は、上記条件1から条件4が満たされるように、各ヒーター10C,10E,10F,13,14Aを駆動する。固体電解質膜の形成装置は、真空チャンバー10に基板Sが搬入されるまで、以上の動作によるアイドル状態で待機する。
[Method of forming solid electrolyte membrane]
First, the
コントローラー50は、各バルブV12,V13,V22,V23を閉じた状態で、ステージヒーター10Eに基板Sを載置する。コントローラー50は、ステージヒーター10Eを駆動して、基板Sを成膜温度に保つ。
The
コントローラー50は、各バルブV12,V13を駆動して、混合室10Bと第1原料タンク11とを連通させた後に、バルブV11を駆動して、不活性ガスの供給をはじめる。また、コントローラー50は、各バルブV22,V23を駆動して、混合室10Bと第1原料タンク11とを連通させた後に、バルブV21を駆動して、不活性ガスの供給をはじめる。また、コントローラー50は、バルブV5を駆動して、成膜室10Aへの添加ガスの供給をはじめる。
The
第1原料タンク11と混合室10Bとの連通は、第1原料の固体を昇華させて、第1原料の気体を混合室10Bに送る。第2原料タンク21と混合室10Bとの連通は、第2原料の液体を気化させて、第2原料の気体を混合室10Bに送る。不活性ガス配管L1から供給される不活性ガスは、第1原料の気体を混合室10Bに送って、第1原料の供給量を安定させる。不活性ガス配管L2から供給される不活性ガスもまた、第2原料の気体を混合室10Bに送って、第2原料の供給量を安定させる。そして、第1原料の気体と第2原料の気体とが混合室10Bで混合された後に、混合された気体、および、添加ガスが基板Sの表面に到達して、熱反応が進むことによって固体電解質膜が形成される。
The communication between the first
ここで、昇華によって生成された第1原料の気体が、第1原料タンク11から第1配管12に導入されるとき、第1原料の気体が流れる流路の断面積は、第1原料タンク11から急に狭まる。そして、昇華によって生成された第1原料の気体は、第1配管12の上流部分12Aで固化しやすくなる。この点、上記条件3を満たす構成であれば、上流部分12Aの温度が、第1原料タンク11の温度よりも高い、すなわち、第1原料の固体を昇華させた温度よりも高い。それゆえに、第1原料タンク11から第1配管12への第1原料の搬送において、第1原料の固化を抑えて、第1原料の安定的な供給が可能となる。
Here, when the gas of the first raw material generated by the sublimation is introduced from the first
次に、上記固体電解質膜の形成装置を用いた各試験例を説明する。
[試験例1]
第1原料にジピバロイルメタナトリチウムを用い、第2原料にリン酸トリエチルを用い、上記条件1から条件4を満たすように各部の設定温度を以下のように設定して、固体電解質膜の成膜を行った。以下の条件で成膜を10回にわたり繰り返して行った結果、成膜速度は100nm/minを維持し、いずれも固体電解質膜として所望の膜組織が得られた。
・第1原料タンク11の設定温度 :200℃
・上流部分12Aの設定温度 :260℃
・下流部分12Bの設定温度 :240℃
・第2原料タンク21の設定温度 : 30℃
・上流部分22Aの設定温度 : 50℃
・下流部分22Bの設定温度 : 40℃
・混合室10Bの設定温度 :200℃
・成膜室10Aの設定温度 :200℃
・シャワープレート10Dの設定温度 :200℃
・基板Sの設定温度 :550℃
Next, each test example using the solid electrolyte membrane forming apparatus will be described.
[Test Example 1]
Using dipivaloyl methanatolithium as the first raw material, triethyl phosphate as the second raw material, and setting the temperature of each part as follows so as to satisfy the above conditions 1 to 4, A film was formed. The film formation was repeated 10 times under the following conditions. As a result, the film formation rate was maintained at 100 nm / min, and a desired film structure was obtained as a solid electrolyte film in each case.
・ Set temperature of first raw material tank 11: 200 ° C
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of the second raw material tank 21: 30 ° C
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of mixing
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of substrate S: 550 ° C
[試験例2]
上記試験例1のなかの下記条件を変更し、それ以外を試験例1の条件と同じくして成膜を行った。すなわち、上記条件3および条件4が満たされない条件で成膜を行ったところ、成膜速度は1回目において100nm/minであったが、その後は漸減し、50回目においては1nm/minであった。また、第1配管12において有機リチウム化合物の固化が認められて、第1配管12の詰まりを引き起こしていることがわかった。
・上流部分12Aの設定温度 :180℃
・下流部分12Bの設定温度 :160℃
[Test Example 2]
Film formation was performed under the same conditions as in Test Example 1 except that the following conditions in Test Example 1 were changed. That is, when a film was formed under the condition that the above conditions 3 and 4 were not satisfied, the film formation rate was 100 nm / min at the first time, but gradually decreased thereafter, and was 1 nm / min at the 50th time. . Further, solidification of the organolithium compound was recognized in the
・ Set temperature of
・ Set temperature of
[試験例3]
上記試験例1のなかの下記条件を変更し、それ以外を試験例1の条件と同じくして成膜を行った。すなわち、上記条件1が満たされない条件で成膜を行ったところ、成膜速度は1回目において100nm/minであったが、その後は漸減し、50回目においては1nm/minであった。また、膜組織の表面を観察したところ、パーティクルが付着していることが認められた。また、シャワープレート10Dでの有機リチウム化合物の固化が認められて、シャワープレート10Dの詰まりを引き起こしていることが認められた。
・シャワープレート10Dの設定温度 :100℃
[Test Example 3]
Film formation was performed under the same conditions as in Test Example 1 except that the following conditions in Test Example 1 were changed. That is, when the film was formed under the condition that the above condition 1 was not satisfied, the film formation rate was 100 nm / min at the first time, but gradually decreased thereafter, and was 1 nm / min at the 50th time. When the surface of the film structure was observed, it was confirmed that particles had adhered. In addition, solidification of the organolithium compound in the
・ Set temperature of
[試験例4]
上記試験例1のなかの下記条件を変更し、それ以外を試験例1の条件と同じくして成膜を行った。すなわち、上記条件1が満たされない条件で成膜を行ったところ、成膜速度は1回目において100nm/minであったが、その後は漸減し、10回目においては50nm/minであった。また、シャワープレート10Dでのリン酸リチウム化合物の成膜が認められた。シャワープレート10Dで膜剥がれを起こし、パーティクル発生の原因になっていることが認められた。
・シャワープレート10Dの設定温度 :400℃
[Test Example 4]
Film formation was performed under the same conditions as in Test Example 1 except that the following conditions in Test Example 1 were changed. That is, when the film was formed under the condition that the above condition 1 was not satisfied, the film formation rate was 100 nm / min at the first time, but gradually decreased thereafter, and was 50 nm / min at the tenth time. Further, film formation of the lithium phosphate compound on the
・ Set temperature of
[試験例5]
上記試験例1のなかの下記条件を変更し、それ以外を試験例1の条件と同じくして成膜を行った。すなわち、上記条件4が満たされない条件で成膜を行ったところ、成膜速度は1回目において100nm/minであったが、その後は漸減し、10回目においては50nm/minであった。また、シャワープレート10Dでのリン酸リチウム化合物の成膜が認められた。シャワープレート10Dで膜剥がれを起こし、パーティクル発生の原因になっていることが認められた。
・下流部分12B :300℃
[Test Example 5]
Film formation was performed under the same conditions as in Test Example 1 except that the following conditions in Test Example 1 were changed. That is, when the film was formed under the condition that the above condition 4 was not satisfied, the film formation rate was 100 nm / min at the first time, but gradually decreased thereafter, and was 50 nm / min at the tenth time. Further, film formation of the lithium phosphate compound on the
・
以上、第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)上記条件1から条件4を満たすように各ヒーター10C,10F,13,14A,14B,23,24A,24Bが駆動されるため、第1原料タンク11で昇華された原料の気体が安定的に供給可能である。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2)混合室10Bの温度が過度に高い場合、第1原料の気体と第2原料の気体との反応が混合室10Bで進んでしまう。これに対して、混合室10Bの温度が過度に低い場合、第1原料の気体が混合室10Bで固化してしまう。この点、上記条件1および条件2を満たす構成であれば、混合室10Bで反応が進んでしまうことと、混合室10Bで第1原料が固化してしまうこととが抑制可能である。
(2) When the temperature of the mixing
(3)第1原料を搬送するための不活性ガスの添加が上流部分12Aで行われる。そのため、第1原料タンク11で昇華した第1原料の気体が第1配管12で固化することを抑えて、かつ、第1原料の気体の安定的な流量が確保可能ともなる。
(3) The addition of the inert gas for transporting the first raw material is performed in the
(4)添加ガスが混合室10Bを通らずに成膜室10Aに供給される。そのため、混合される前の原料の気体と添加ガスとが接触することが抑制されて、固体電解質膜を形成するための混合工程と反応工程とを、固体電解質膜の形成に適した順に実行可能ともなる。
(4) The additional gas is supplied to the
(5)真空チャンバー10や各配管12,22などに接続されたバルブは、通常、各配管12,22の途中に配置される。各配管12,22と比べて熱容量が大きいバルブV12,V22は、温度を変えにくい構成要素であり、また、原料の気体が通る流路の断面積が狭まる部位でもある。そのため、原料の気体が固化することを抑える観点では、高い温度に保たれることが好ましい。この点、上記構成であれば、下流部分12Bよりも高温である上流部分12Aが、上流部分12Aと下流部分12Bとを区切るバルブV12を備える。それゆえに、第1原料タンク11で昇華した第1原料の気体が第1配管12で固化することを、さらに抑制可能ともなる。
(6)上流部分12Aと下流部分12Bとの境界に位置するバルブは、第1原料タンク11の温度が一定になるときに開くことで、第1原料タンク11の温度が一定になる前の第1原料の気体が混合室10Bに流れること、ひいては、第1原料が過剰に消費されることを抑える。
(5) The valves connected to the
(6) The valve located at the boundary between the
[第2実施形態]
以下、図2を参照して、固体電解質膜の形成装置、および、固体電解質膜の形成方法を具体化した第2実施形態を説明する。なお、第2実施形態における固体電解質膜の形成装置は、第2原料タンク21に第2原料の固体を収容し、かつ、第3原料タンク、および、第3原料タンクと混合室10Bとを接続する第3配管を備える。そのため、以下では、第1実施形態の固体電解質膜の形成装置と同様の構成について、同じ符号を付してその説明を割愛し、第1実施形態の固体電解質膜の形成装置とは異なる構成を詳細に説明する。
[Second embodiment]
Hereinafter, a second embodiment that embodies a solid electrolyte membrane forming apparatus and a solid electrolyte membrane forming method will be described with reference to FIG. In the solid electrolyte membrane forming apparatus according to the second embodiment, the second
第2原料タンク21は、第2原料の固体を収容する。第2原料の固体は、例えば、有機ランタン化合物の固体である。第2原料タンク21に収容される有機ランタン化合物は、標準状態で固体である。第2原料タンク21に収容される有機ランタン化合物は、例えば、180℃での蒸気圧が1Pa以下である。コントローラー50は、第2タンクヒーター23を駆動して、第2原料タンク21に収容された第2原料を加熱する。コントローラー50は、第2上流ヒーター24Aと第2下流ヒーター24Bとを駆動して、上流部分22Aと下流部分22Bとを別々の温度に加熱する。
The second
第3原料タンク31は、第3原料の固体を収容する。第3原料の固体は、例えば、有機ジルコニウム化合物の固体である。第3原料タンク31に収容される有機ジルコニウム化合物は、標準状態において固体である。第3原料タンク31に収容される有機ジルコニウム化合物は、例えば、200℃での蒸気圧が1Pa以下である。
The third
第3原料タンク31は、第3配管32と接続されている。導入バルブV32は、第3配管32の下流部分の入り口付近に位置する。導出耐熱バルブV33は、第3配管32の出口付近に位置する。
The third
第3配管32は、混合室10Bと接続されている。第3配管32は、導入バルブV32を境界として、上流部分32Aと下流部分32Bとに区分される。上流部分32Aは、導入バルブV32を含む。コントローラー50は、導入バルブV32を駆動して、上流部分32Aと下流部分32Bとの連通とその遮断とを切り替える。
The
不活性ガス配管L3は、バルブV31を介して、上流部分32Aの途中に接続されている。不活性ガスは、第3原料タンク31で昇華した第3原料の気体を混合室10Bに向けて送る。不活性ガスは、例えば、窒素である。コントローラー50は、バルブV31を駆動して、不活性ガスの導入とその停止とを行う。
The inert gas pipe L3 is connected in the middle of the
固体電解質膜の形成装置は、第3上流ヒーター34Aと第3下流ヒーター34Bとを備える。コントローラー50は、第3上流ヒーター34Aを駆動して、上流部分32Aを加熱する。コントローラー50は、第3下流ヒーター34Bを駆動して、下流部分32Bを加熱する。コントローラー50は、上流部分32Aの温度を下流部分32Bの温度よりも高める。
The apparatus for forming a solid electrolyte membrane includes a third
コントローラー50は、第3原料タンク31の温度、第3配管32の上流部分32Aの温度、および、第3配管32の下流部分32Bの温度を別々に検出するセンサー32Sから各温度の検出結果を入力する。コントローラー50は、温度センサー32Sの検出結果を設定温度にするための制御信号をヒーター駆動部32Dに出力して、ヒーター駆動部32Dに、第3タンクヒーター33の駆動信号、第3上流ヒーター34Aの駆動信号、および、第3下流ヒーター34Bの駆動信号を出力させる。
The
コントローラー50が記憶する各部の設定温度は、各原料の固体を昇華して気体として送るための温度である。コントローラー50が記憶する各部の設定温度は、各原料の固体を気体として送るために、以下の条件1から条件4を満たす。
The set temperature of each unit stored in the
[条件1]成膜室10A、および、混合室10Bの設定温度が、各原料タンク11,21,31の設定温度以上、かつ、各下流部分12B,22B,32Bの設定温度未満である。
[条件2]各原料タンク11,21,31の設定温度が、当該原料タンクに収容された原料の融点以下、かつ、混合室10Bと各原料タンク11,21,31との連通によって原料が昇華する温度である。
[条件3]各上流部分12A,22A,32Aの設定温度が、当該上流部分が接続される原料タンクの設定温度よりも高温である。
[条件4]各下流部分12B,22B,32Bの設定温度が、当該下流部分が接続される原料タンクの設定温度以上、かつ、当該下流部分が接続される上流部分の設定温度未満である。
[Condition 1] The set temperatures of the
[Condition 2] The set temperature of each
[Condition 3] The set temperature of each
[Condition 4] The set temperature of each
[固体電解質膜の形成方法]
コントローラー50は、各バルブV12,V13,V22,V23,V32,V33を駆動して、混合室10Bと各原料タンク11,21,31とを別々に連通させた後に、各バルブV11,V21,V31を駆動して、不活性ガスの供給をはじめる。また、コントローラー50は、バルブV5を駆動して、成膜室10Aへの添加ガスの供給をはじめる。
[Method of forming solid electrolyte membrane]
The
第1原料タンク11と混合室10Bとの連通は、第1原料の固体を昇華させて、第1原料の気体を混合室10Bに送る。第2原料タンク21と混合室10Bとの連通は、第2原料の固体を気化させて、第2原料の気体を混合室10Bに送る。第3原料タンク31と混合室10Bとの連通は、第3原料の固体を気化させて、第3原料の気体を混合室10Bに送る。そして、第1原料の気体、第2原料の気体、および、第3原料の気体が混合室10Bで混合された後に、混合された気体、および、添加ガスが基板Sの表面に到達して、熱反応が進むことによって固体電解質膜が形成される。
The communication between the first
次に、上記固体電解質膜の形成装置を用いた試験例を説明する。
[試験例6]
第1原料にジピバロイルメタナトリチウムを用い、第2原料にトリスジピバロイルメタナトランタンを用い、第3原料にテトラキスジピバロイルメタナトジルコニウムを用い、添加ガスに酸素を用い、上記条件1から条件4を満たすように各部の設定温度を以下のように設定して、固体電解質膜の成膜を行った。下記条件で成膜を10回行ったところ、成膜速度はいずれも100nm/min以上であり、いずれも所望の膜組織が得られた。
・第1原料タンク11の設定温度 :110℃
・上流部分12Aの設定温度 :260℃
・下流部分12Bの設定温度 :240℃
・第2原料タンク21の設定温度 :240℃
・上流部分22Aの設定温度 :300℃
・下流部分22Bの設定温度 :280℃
・第3原料タンク31の設定温度 :240℃
・上流部分32Aの設定温度 :300℃
・下流部分32Bの設定温度 :280℃
・混合室10Bの設定温度 :240℃
・成膜室10Aの設定温度 :240℃
・シャワープレート10Dの設定温度 :240℃
・基板Sの設定温度 :750℃
Next, a test example using the solid electrolyte membrane forming apparatus will be described.
[Test Example 6]
Using dipivaloylmethanatolithium as the first raw material, trisdipivaloylmethanatantane as the second raw material, tetrakisdipivaloylmethanatozirconium as the third raw material, oxygen as the additive gas, and the above conditions. The set temperature of each part was set as follows so as to satisfy the conditions 1 to 4, and a solid electrolyte membrane was formed. When film formation was performed 10 times under the following conditions, the film formation rates were all 100 nm / min or more, and the desired film structures were obtained in each case.
・ Set temperature of first raw material tank 11: 110 ° C
・ Set temperature of
・ Set temperature of
-Set temperature of the second raw material tank 21: 240 ° C
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of the third raw material tank 31: 240 ° C
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of mixing
・ Set temperature of
・ Set temperature of
・ Set temperature of substrate S: 750 ° C
以上、第2実施形態によれば、上記(1)から(6)に準じた効果に加えて、以下の効果が得られる。
(7)原料として有機ランタン化合物および有機ジルコニウム化合物を用いることで、Li−La−Zr−O系の固体電解質膜が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects according to the above (1) to (6).
(7) By using an organic lanthanum compound and an organic zirconium compound as a raw material, a Li-La-Zr-O-based solid electrolyte membrane can be obtained.
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上流部分12A,22A,32Aと下流部分12B,22B,32Bとは、バルブ以外の他の構成要素で区切られてもよい。例えば、上流ヒーターが配置される部分が上流部分であり、下流ヒーターが配置される部分が下流部分であり、上流部分12A,22A,32Aと下流部分12B,22B,32Bとを区切る要素は、上流ヒーターと下流ヒーターとに具体化することも可能である。
Note that each of the above embodiments can be modified and implemented as follows.
-The
この際、上流部分12A,22A,32Aに位置するバルブの数量は、2つ以上あってもよく、あるいは、上流部分12A,22A,32Aにバルブが位置しない構成に具体化することも可能である。また、各バルブV12,V22,V32は、上流部分12A,22A,32Aの途中に位置することも可能である。
At this time, the number of valves located in the
・不活性ガス配管L1,L2,L3の接続先は、各々の原料タンクに変更可能である。また、不活性ガス配管L1,L2,L3は、各々の上流配管に加えて、各々の原料タンクに接続されることも可能である。 -The connection destination of the inert gas pipes L1, L2, L3 can be changed to each raw material tank. Further, the inert gas pipes L1, L2, L3 can be connected to each raw material tank in addition to each upstream pipe.
・図3が示すように、固体電解質膜の形成装置は、上述した真空チャンバー10を電解質膜形成チャンバー65として備え、搬送チャンバー61、基板収容チャンバー62、加熱チャンバー63、および、電極形成チャンバー64をさらに備えることも可能である。
As shown in FIG. 3, the solid electrolyte membrane forming apparatus includes the above-described
搬送チャンバー61は、基板収容チャンバー62、加熱チャンバー63、電極形成チャンバー64、および、電解質膜形成チャンバー65に各々に接続されている。コントローラー50は、基板収容チャンバー62が収容する基板Sを搬送チャンバー61に搬入する。コントローラー50は、搬送チャンバー61に搬入された基板Sを、搬送チャンバー61による搬送を通じて、加熱チャンバー63、電解質膜形成チャンバー65、電極形成チャンバー64の順に搬送する。そして、コントローラー50は、加熱チャンバー63による加熱、電解質膜形成チャンバー65による電解質膜の形成、および、電極形成チャンバー64による電極の形成を、基板Sに対して順に行う。
The
・真空チャンバー、原料タンク、上流部分、および、下流部分を加熱する方式は、温度の検出結果に基づいてヒーターに出力する電力を変更する方式に限らず、例えば、各部に設定された所定電力をヒーターに出力する方式に具体化可能である。 -The method of heating the vacuum chamber, the raw material tank, the upstream portion, and the downstream portion is not limited to the method of changing the power output to the heater based on the temperature detection result, for example, a predetermined power set for each unit. It can be embodied in a method of outputting to a heater.
S…基板、V5,V11,V12,V13,V21,V22,V23,V31,V32,V33…バルブ、10…真空チャンバー、10A…成膜室、10B…混合室、10D…シャワープレート、11…第1原料タンク、12…第1配管、12A,22A,32A…上流部分、12B,22B,32B…下流部分、21…第2原料タンク、22…第2配管、31…第3原料タンク、32…第3配管。 S: substrate, V5, V11, V12, V13, V21, V22, V23, V31, V32, V33 ... valve, 10 ... vacuum chamber, 10A ... film forming chamber, 10B ... mixing chamber, 10D ... shower plate, 11 ... 1 raw material tank, 12 ... first piping, 12A, 22A, 32A ... upstream portion, 12B, 22B, 32B ... downstream portion, 21 ... second raw material tank, 22 ... second piping, 31 ... third raw material tank, 32 ... Third pipe.
Claims (7)
原料の気体と当該気体以外の他の原料の気体とを混合する混合室と、基板を収容する成膜室とがシャワープレートで区切られた真空チャンバーと、
前記原料タンクと前記混合室とを連通させて、当該連通による前記原料タンクで昇華した前記原料の気体を前記真空チャンバーに送る配管と、
前記原料タンク、前記真空チャンバー、および、前記配管を別々に加熱する加熱部と、を備え、
前記加熱部は、
前記原料タンクの温度が前記原料の融点以下、
前記配管のなかの上流部分の温度が前記原料タンクの温度よりも高温、
前記配管のなかの下流部分の温度が前記原料タンクの温度以上、かつ、前記上流部分の温度未満、および、
前記真空チャンバーの温度が前記原料タンクの温度以上、かつ、前記下流部分の温度未満を満たすように各部を加熱する
固体電解質膜の形成装置。 A raw material tank containing an organic lithium compound as a raw material,
A mixing chamber for mixing a source gas and a source gas other than the gas, and a vacuum chamber in which a film formation chamber for accommodating the substrate is separated by a shower plate,
A pipe for communicating the raw material tank and the mixing chamber, and for sending the gas of the raw material sublimated in the raw material tank by the communication to the vacuum chamber,
The raw material tank, the vacuum chamber, and a heating unit for separately heating the piping,
The heating unit is
The temperature of the raw material tank is equal to or lower than the melting point of the raw material,
The temperature of the upstream portion of the pipe is higher than the temperature of the raw material tank,
The temperature of the downstream portion of the pipe is equal to or higher than the temperature of the raw material tank, and lower than the temperature of the upstream portion, and
An apparatus for forming a solid electrolyte membrane, wherein each part is heated so that the temperature of the vacuum chamber is equal to or higher than the temperature of the raw material tank and lower than the temperature of the downstream portion.
前記原料タンクは、第1原料タンクであり、
前記配管は、第1配管であり、
第2原料として有機リン酸化合物を収容する第2原料タンクと、
前記第2原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第2原料の気体を前記真空チャンバーに送る第2配管と、を備え、
前記加熱部は、
前記第2原料タンクにおいて前記第2原料を0℃以上に加熱する
請求項1に記載の固体電解質膜の形成装置。 The raw material is a first raw material,
The raw material tank is a first raw material tank,
The pipe is a first pipe,
A second raw material tank containing an organic phosphate compound as a second raw material,
A second pipe that communicates the second raw material tank with the mixing chamber and sends the second raw material gas to the vacuum chamber as the other raw material gas,
The heating unit is
The solid electrolyte membrane forming apparatus according to claim 1, wherein the second raw material is heated to 0 ° C or higher in the second raw material tank.
前記原料タンクは、第1原料タンクであり、
前記配管は、第1配管であり、
第2原料として有機ランタン化合物を収容する第2原料タンクと、
前記第2原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第2原料の気体を含めて前記真空チャンバーに送る第2配管と、
第3原料として有機ジルコニウム化合物を収容する第3原料タンクと、
前記第3原料タンクと前記混合室とを連通させて前記他の原料の気体として前記第3原料の気体を含めて前記真空チャンバーに送る第3配管と、を備え、
前記加熱部は、
前記第2原料タンクの温度が前記第2原料の融点以下、
前記第3原料タンクの温度が前記第3原料の融点以下、
前記第2配管のなかの上流部分の温度が前記第2原料タンクの温度よりも高温、
前記第3配管のなかの上流部分の温度が前記第3原料タンクの温度よりも高温、
前記第2配管のなかの下流部分の温度が前記第2原料タンクの温度以上、かつ、前記第2配管の上流部分の温度未満、および、
前記第3配管のなかの下流部分の温度が前記第3原料タンクの温度以上、かつ、前記第3配管の上流部分の温度未満を満たすように各部を加熱する
請求項1に記載の固体電解質膜の形成装置。 The raw material is a first raw material,
The raw material tank is a first raw material tank,
The pipe is a first pipe,
A second raw material tank containing an organic lanthanum compound as a second raw material,
A second pipe that communicates the second raw material tank with the mixing chamber and sends the second raw material gas to the vacuum chamber including the second raw material gas as the other raw material gas;
A third raw material tank containing an organic zirconium compound as a third raw material,
A third pipe that communicates the third raw material tank and the mixing chamber and sends the third raw material gas to the vacuum chamber as the other raw material gas,
The heating unit is
The temperature of the second raw material tank is equal to or lower than the melting point of the second raw material,
The temperature of the third raw material tank is equal to or lower than the melting point of the third raw material,
The temperature of the upstream portion of the second pipe is higher than the temperature of the second raw material tank;
The temperature of the upstream portion of the third pipe is higher than the temperature of the third raw material tank;
The temperature of the downstream portion of the second pipe is equal to or higher than the temperature of the second raw material tank, and lower than the temperature of the upstream portion of the second pipe, and
The solid electrolyte membrane according to claim 1, wherein each part is heated such that a temperature of a downstream portion of the third pipe is equal to or higher than a temperature of the third raw material tank and lower than a temperature of an upstream portion of the third pipe. Forming equipment.
請求項1から3のいずれか一項に記載の固体電解質膜の形成装置。 The solid electrolyte membrane forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an inert gas supply unit configured to flow an inert gas together with the raw material gas from the upstream portion to the film forming chamber.
請求項1から4のいずれか一項に記載の固体電解質膜の形成装置。 The apparatus for forming a solid electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 4, further comprising an additional gas supply unit configured to flow an additional gas that reacts thermally with the raw material directly into the film formation chamber.
請求項1から5のいずれか一項に記載の固体電解質膜の形成装置。 The solid electrolyte membrane forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an upstream portion of the pipe includes a valve located at a boundary with a downstream portion of the pipe.
基板を成膜室に収容することと、
前記原料タンクと混合室との連通、および、前記混合室と前記成膜室との連通の後に、前記成膜室内の圧力を前記原料の蒸気圧以下に保つことと、
前記原料タンクと前記混合室との連通による前記原料タンクの減圧によって前記原料タンクで前記原料の固体を昇華させつつ前記原料タンクから前記混合室に向けて前記原料の気体を流すことと、
前記混合室において前記原料の気体を当該気体以外の他の原料の気体と混合した後に、前記混合室から前記成膜室へ前記原料の気体を流すことと、
前記基板を加熱して前記基板に到達した前記原料の熱反応を起こすことで、固体電解質膜であるリチウム化合物膜を前記基板に形成することと、を含み、
前記原料タンクと前記混合室とを結ぶ配管が、上流部分と、前記上流部分に対する前記混合室側に位置する下流部分とから構成されて、
前記混合室に向けて前記原料の気体を流すことでは、前記上流部分の温度を前記原料タンクの温度よりも高くすること、前記下流部分の温度を前記原料タンクの温度よりも高く、かつ、上流部分よりも低くすることと、および、前記成膜室および前記混合室の温度を前記原料タンクの温度以上、かつ、前記下流部分の温度よりも低くすることとを含む
固体電解質膜の形成方法。 Containing the organolithium compound as a raw material in a raw material tank, and heating the organolithium compound at a melting point or lower,
Accommodating the substrate in the film forming chamber;
After the communication between the raw material tank and the mixing chamber, and after the communication between the mixing chamber and the film forming chamber, to maintain the pressure in the film forming chamber below the vapor pressure of the raw material,
Flowing the gas of the raw material from the raw material tank toward the mixing chamber while sublimating the solid of the raw material in the raw material tank by decompression of the raw material tank by the communication between the raw material tank and the mixing chamber;
After mixing the raw material gas with a raw material gas other than the gas in the mixing chamber, flowing the raw material gas from the mixing chamber to the film forming chamber;
Forming a lithium compound film, which is a solid electrolyte film, on the substrate by heating the substrate to cause a thermal reaction of the raw material that has reached the substrate,
A pipe connecting the raw material tank and the mixing chamber includes an upstream portion, and a downstream portion located on the mixing chamber side with respect to the upstream portion,
By flowing the gas of the raw material toward the mixing chamber, the temperature of the upstream portion is higher than the temperature of the raw material tank, the temperature of the downstream portion is higher than the temperature of the raw material tank, and A temperature of the film forming chamber and the mixing chamber and a temperature of the raw material tank or higher and lower than a temperature of the downstream portion.
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