JP7430718B2 - ディスクリート金属-絶縁体-金属(mim)エネルギー蓄積部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書に開示される発明は以下を含む。
[態様1]
ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品であって、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数の導電性ナノ構造と、
前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造及び前記導電性ナノ構造によって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備えるMIM配置と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造と、
前記MIM配置を少なくとも部分的に埋め込む電気絶縁性封入材料と、
を備える、MIMエネルギー蓄積部品。
[態様2]
前記導電制御材料は、前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造及び前記導電性ナノ構造によって被覆されずに残された前記第1の電極層をコンフォーマルコーティングする、態様1に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様3]
前記電気絶縁性封入材料は、前記第1の接続構造及び前記第2の接続構造が前記電気絶縁性封入材料によって被覆されないままにする、態様1又は2に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様4]
前記電気絶縁性封入材料は、前記エネルギー蓄積部品の外側境界面を少なくとも部分的に形成する、態様1~3のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様5]
前記第1の接続構造及び前記第2の接続構造の各々は、前記エネルギー蓄積部品の外側境界面を少なくとも部分的に形成する、態様1~4のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様6]
前記第2の電極層は、前記複数の導電性ナノ構造内の互いに隣接するナノ構造間の空間を前記ナノ構造の底部と最上部の間の少なくとも途中で完全に満たす、態様1~5のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様7]
前記第2の電極層は、前記複数の導電性ナノ構造内の互いに隣接するナノ構造間の空間を前記ナノ構造の底部と最上部の間の全体に亘って完全に満たす、態様1~6のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様8]
前記第2の電極層は、
前記導電制御材料をコンフォーマルコーティングする第1の副層と、
前記第1の副層の上に形成された第2の副層と、
を備える、態様1~7のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様9]
前記第2の電極層は、前記第1の副層と前記第2の副層との間に第3の副層を備え、前記第3の副層は、前記第1の副層をコンフォーマルにコーティングする、態様8に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様10]
前記導電性ナノ構造は、カーボンナノファイバー(CNF)である、態様1~9のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様11]
前記カーボンナノファイバーは、少なくとも部分的に無定形炭素によって形成された、態様10に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様12]
前記カーボンナノファイバーは、波形表面構造を有する及び/又は分岐したナノファイバーである、態様10又は11に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様13]
前記MIM配置は、前記第1の電極層と前記複数の導電性ナノ構造内のナノ構造との間に触媒層を更に備える、態様1~12のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様14]
前記触媒層は、予めパターン化された触媒層である、態様13に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様15]
前記触媒層は、周期的構成で予めパターン化されている、態様14に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様16]
前記MIM配置に備えられた前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造は、前記ナノ構造の先端に触媒材料を含む、態様13~15のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様17]
前記MIM配置に備えられた前記複数の導電性ナノ構造内のナノ構造の表面密度は、少なくとも1000/mm 2 である、態様1~16のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様18]
前記第1の電極層を直接支持する基板を更に備える、態様1~17のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様19]
前記基板は、電気的に非導電性である、態様18に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様20]
前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記最上面の第1の部分を構成し、
前記第2の接続構造は、前記最上面の第2の部分を構成する、態様1~19のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様21]
前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記最上面の一部を構成し、
前記第2の接続構造は、前記底面の一部を構成する、態様1~19のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様22]
前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記側面の一部を構成し、
前記第2の接続構造は、前記側面の一部を構成する、態様1~21のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様23]
前記MIMエネルギー蓄積部品は、前記底面から前記最上面に延在する少なくとも一つのビアを更に備える、態様20~22のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様24]
前記第1の接続構造は、前記MIM配置の第1の電極層に導電的に接続され、
前記第2の接続構造は、前記MIM配置の第2の電極層に導電的に接続された、態様1~23のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様25]
少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置を備え、前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置はそれぞれ、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数の導電性ナノ構造と、
前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造及び前記導電性ナノ構造によって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備える、態様1~24のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様26]
前記第1の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第1のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方は、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第2の接続構造は、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方に接続された、態様25に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様27]
前記第1の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層及び前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第2の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第2の電極層及び前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方に接続された、態様25に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様28]
前記第1のMIM配置及び前記第2のMIM配置は、層状構成で配置された、態様26又は27に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様29]
前記導電制御材料は、固体誘電体であり、前記MIMエネルギー蓄積部品は、ナノ構造コンデンサ部品である、態様1~28のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様30]
前記導電制御材料は、電解質であり、前記MIMエネルギー蓄積部品は、ナノ構造電池部品である、態様1~28のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様31]
前記導電制御材料は、層状構成の固体誘電体及び電解質を含む、態様1~28のいずれか一つに記載のMIMエネルギー蓄積部品。
[態様32]
プリント回路基板(PCB)と、
前記PCB上の集積回路(IC)と、
前記ICに接続された態様1~31のいずれか一つに記載のディスクリートMIMエネルギー蓄積部品と、
を備える、電子装置。
[態様33]
ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品であって、
少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置であって、前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置はそれぞれ、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数の導電性ナノ構造と、
前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造及び前記導電性ナノ構造によって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備える、少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造であって、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層に導電的に接続された、第1の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造であって、前記第1のMIM配置の前記第2の電極層に導電的に接続された、第2の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第3の接続構造であって、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層に導電的に接続された、第3の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第4の接続構造であって、前記第2のMIM配置の前記第2の電極層に導電的に接続された、第4の接続構造と、
前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置を少なくとも部分的に埋め込む電気絶縁性封入材料と、
を備える、MIMエネルギー蓄積部品。
[態様34]
プリント回路基板(PCB)と、
前記PCB上の集積回路(IC)と、
前記ICに接続された態様33に記載のディスクリートMIMエネルギー蓄積部品と、
を備える、電子装置。
[態様35]
ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品を製造する方法であって、
基板を設けるステップと、
前記基板の上にMIM配置を形成するステップと、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造を形成するステップと、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造を形成するステップと、
電気絶縁性封入材料に前記MIM配置を少なくとも部分的に埋め込むステップと、
を備える、方法。
[態様36]
前記MIM配置を形成するステップは、
基板を設けるステップと、
前記基板の上に第1の電極層を形成するステップと、
前記第1の電極層から複数の導電性ナノ構造を成長させるステップと、
前記複数の導電性ナノ構造内の各ナノ構造及び前記導電性ナノ構造によって被覆されずに残された前記第1の電極層を導電制御材料によって被覆するステップと、
前記導電制御材料を被覆するために第2の電極層を形成するステップと、
を備える、態様35に記載の方法。
[態様37]
前記第2の電極層を形成するステップは、
前記導電制御材料を第1の金属副層によってコンフォーマルコーティングするステップと、
前記第1の金属副層の上に第2の金属副層を設けるステップと、
を備える、態様36に記載の方法。
[態様38]
前記第2の金属副層を、原子層堆積を用いて前記導電制御材料の上に直接堆積する、態様37に記載の方法。
[態様39]
前記第2の金属副層を、電気めっき法を用いて設ける、態様37又は38に記載の方法。
[態様40]
前記ナノ構造を、カーボンナノファイバ(CNF)が形成される材料及びプロセス設定を用いて成長させる、態様36~39のいずれか一つに記載の方法。
[態様41]
前記MIM配置を形成するステップの後に前記基板を除去するステップを更に備える、態様35~40のいずれか一つに記載の方法。
[態様42]
前記基板をウェファの形態で設ける、態様35~41のいずれか一つに記載の方法。
[態様43]
前記基板をパネルの形態で設ける、態様35~41のいずれか一つに記載の方法。
[態様44]
前記基板をロール上のフィルムの形態で設ける、態様35~41のいずれか一つに記載の方法。
Claims (41)
- ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品であって、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数のカーボンナノファイバーと、
前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバー及び前記カーボンナノファイバーによって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備えるMIM配置と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造と、
前記MIM配置を少なくとも部分的に埋め込む電気絶縁性封入材料と、
を備える、MIMエネルギー蓄積部品。 - 前記導電制御材料は、前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバー及び前記カーボンナノファイバーによって被覆されずに残された前記第1の電極層をコンフォーマルコーティングする、請求項1に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記電気絶縁性封入材料は、前記第1の接続構造及び前記第2の接続構造が前記電気絶縁性封入材料によって被覆されないままにする、請求項1又は2に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記電気絶縁性封入材料は、前記エネルギー蓄積部品の外側境界面を少なくとも部分的に形成する、請求項1~3のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第1の接続構造及び前記第2の接続構造の各々は、前記エネルギー蓄積部品の外側境界面を少なくとも部分的に形成する、請求項1~4のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第2の電極層は、前記複数のカーボンナノファイバー内の互いに隣接するカーボンナノファイバー間の空間を前記カーボンナノファイバーの底部と最上部の間の少なくとも途中で完全に満たす、請求項1~5のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第2の電極層は、前記複数のカーボンナノファイバー内の互いに隣接するカーボンナノファイバー間の空間を前記カーボンナノファイバーの底部と最上部の間の全体に亘って完全に満たす、請求項1~6のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第2の電極層は、
前記導電制御材料をコンフォーマルコーティングする第1の副層と、
前記第1の副層の上に形成された第2の副層と、
を備える、請求項1~7のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記第2の電極層は、前記第1の副層と前記第2の副層との間に第3の副層を備え、前記第3の副層は、前記第1の副層をコンフォーマルにコーティングする、請求項8に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記カーボンナノファイバーは、少なくとも部分的に無定形炭素によって形成された、請求項1に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記カーボンナノファイバーは、波形表面構造を有する及び/又は分岐したナノファイバーである、請求項1に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記MIM配置は、前記第1の電極層と前記複数のカーボンナノファイバー内のカーボンナノファイバーとの間に触媒層を更に備える、請求項1~11のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記触媒層は、予めパターン化された触媒層である、請求項12に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記触媒層は、周期的構成で予めパターン化されている、請求項13に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記MIM配置に備えられた前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバーは、前記カーボンナノファイバーの先端に触媒材料を含む、請求項12~14のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記MIM配置に備えられた前記複数のカーボンナノファイバー内のカーボンナノファイバーの表面密度は、少なくとも1000/mm2である、請求項1~15のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第1の電極層を直接支持する基板を更に備える、請求項1~16のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記基板は、電気的に非導電性である、請求項17に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記最上面の第1の部分を構成し、
前記第2の接続構造は、前記最上面の第2の部分を構成する、請求項1~18のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記最上面の一部を構成し、
前記第2の接続構造は、前記底面の一部を構成する、請求項1~18のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記MIMエネルギー蓄積部品は、最上面と、底面と、前記最上面と前記底面とを接続する側面と、を有し、
前記第1の接続構造は、前記側面の一部を構成し、
前記第2の接続構造は、前記側面の一部を構成する、請求項1~18のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記MIMエネルギー蓄積部品は、前記底面から前記最上面に延在する少なくとも一つのビアを更に備える、請求項19~21のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記第1の接続構造は、前記MIM配置の第1の電極層に導電的に接続され、
前記第2の接続構造は、前記MIM配置の第2の電極層に導電的に接続された、請求項1~22のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置を備え、前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置はそれぞれ、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数のカーボンナノファイバーと、
前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバー及び前記カーボンナノファイバーによって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備える、請求項1~23のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記第1の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第1のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方は、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第2の接続構造は、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方に接続された、請求項24に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記第1の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層及び前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの一方に接続され、
前記第2の接続構造は、前記第1のMIM配置の前記第2の電極層及び前記第2のMIM配置の前記第1の電極層と前記第2の電極層のうちの他方に接続された、請求項24に記載のMIMエネルギー蓄積部品。 - 前記第1のMIM配置及び前記第2のMIM配置は、層状構成で配置された、請求項25又は26に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記導電制御材料は、固体誘電体であり、前記MIMエネルギー蓄積部品は、ナノ構造コンデンサ部品である、請求項1~27のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記導電制御材料は、電解質であり、前記MIMエネルギー蓄積部品は、ナノ構造電池部品である、請求項1~27のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- 前記導電制御材料は、層状構成の固体誘電体及び電解質を含む、請求項1~27のいずれか一項に記載のMIMエネルギー蓄積部品。
- プリント回路基板(PCB)と、
前記PCB上の集積回路(IC)と、
前記ICに接続された請求項1~30のいずれか一項に記載のディスクリートMIMエネルギー蓄積部品と、
を備える、電子装置。 - ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品であって、
少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置であって、前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置はそれぞれ、
第1の電極層と、
前記第1の電極層から成長した複数のカーボンナノファイバーと、
前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバー及び前記カーボンナノファイバーによって被覆されずに残された前記第1の電極層を被覆する導電制御材料と、
前記導電制御材料を被覆する第2の電極層と、
を備える、少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造であって、前記第1のMIM配置の前記第1の電極層に導電的に接続された、第1の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造であって、前記第1のMIM配置の前記第2の電極層に導電的に接続された、第2の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第3の接続構造であって、前記第2のMIM配置の前記第1の電極層に導電的に接続された、第3の接続構造と、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第4の接続構造であって、前記第2のMIM配置の前記第2の電極層に導電的に接続された、第4の接続構造と、
前記少なくとも第1のMIM配置及び第2のMIM配置を少なくとも部分的に埋め込む電気絶縁性封入材料と、
を備える、MIMエネルギー蓄積部品。 - プリント回路基板(PCB)と、
前記PCB上の集積回路(IC)と、
前記ICに接続された請求項32に記載のディスクリートMIMエネルギー蓄積部品と、
を備える、電子装置。 - ディスクリート金属-絶縁体-金属(MIM)エネルギー蓄積部品を製造する方法であって、
基板を設けるステップと、
前記基板の上にMIM配置を形成するステップと、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第1の接続構造を形成するステップと、
前記エネルギー蓄積部品の外部電気接続のための第2の接続構造を形成するステップと、
電気絶縁性封入材料に前記MIM配置を少なくとも部分的に埋め込むステップと、
を備え、
前記MIM配置を形成するステップは、
基板を設けるステップと、
前記基板の上に第1の電極層を形成するステップと、
前記第1の電極層から複数のカーボンナノファイバーを成長させるステップと、
前記複数のカーボンナノファイバー内の各カーボンナノファイバー及び前記カーボンナノファイバーによって被覆されずに残された前記第1の電極層を導電制御材料によって被覆するステップと、
前記導電制御材料を被覆するために第2の電極層を形成するステップと、
を備える、方法。 - 前記第2の電極層を形成するステップは、
前記導電制御材料を第1の金属副層によってコンフォーマルコーティングするステップと、
前記第1の金属副層の上に第2の金属副層を設けるステップと、
を備える、請求項34に記載の方法。 - 前記第2の金属副層を、原子層堆積を用いて前記導電制御材料の上に直接堆積する、請求項35に記載の方法。
- 前記第2の金属副層を、電気めっき法を用いて設ける、請求項35又は36に記載の方法。
- 前記MIM配置を形成するステップの後に前記基板を除去するステップを更に備える、請求項34~37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板をウェファの形態で設ける、請求項34~38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板をパネルの形態で設ける、請求項34~38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板をロール上のフィルムの形態で設ける、請求項34~38のいずれか一項に記載の方法。
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