JPS5931570A - 全固体薄膜リチウム二次電池 - Google Patents

全固体薄膜リチウム二次電池

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JPS5931570A
JPS5931570A JP58107877A JP10787783A JPS5931570A JP S5931570 A JPS5931570 A JP S5931570A JP 58107877 A JP58107877 A JP 58107877A JP 10787783 A JP10787783 A JP 10787783A JP S5931570 A JPS5931570 A JP S5931570A
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battery
secondary battery
lithium secondary
memory
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宮内　克己
Tetsuichi Kudo
徹一 工藤
Osamu Minato
湊　修
Toshiaki Masuhara
増原　利明
Yoshio Uetani
植谷　慶雄
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、全固体薄膜リチウム二次電池に関する。
〔発明の背景〕
従来、不揮発性メモリとしでは、電気的に書き換え可能
な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）および電気的書
き込み可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＩ（、ＯＭ）が
利用されてきた。しかし、これらは、（１）書き込み時
間が長い、（２）書き込み電圧が高いため二電源システ
ムとなる、などの欠点を有している。−例として１６　
ｋｂ　ＥＥＰＲＯＭ　　とｇｐａｏＭを挙げると、使用
電源は、プログラム時に必要な電源（２５Ｖ）ど、アク
セス動作時に必要な電源（５Ｖ）の二電源が必要である
。書き込み時間も全ビット書き込むのに約１００秒とい
う長時間を要する。また、アクセス時間も、４５゜ｎ８
と長く、同容量のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の
アクセス時間の約４倍の時間が必要である。これは、Ｉ
ＬＯＭは、セルサイズを小さくするため、一本のデータ
線のみ使用してスタティック動作をすることに起因する
。ＥＰ几ＯＭは、さらに、メモリ内容を電気的に消去で
きないという欠点を有しでいる。
一方、リードオンリーメモリ（ＩＬＯＭ）に対し、高速
の書き込み、読み出しができるメモリとしてランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）がある。このメモリ・セルもｌ
（ＯＭ同様データ線は１本であるが、動作がダイナミッ
クで各種の信号が）（ラセルに発生でき、これらの信号
を使って高速にセンスし増巾できるので、スピードは速
くできる。１６ｋｂのメモリを例にとると、Ｒ，ＡＭの
アクセス時込み時間もアクセス時間とほぼ同じである。
しかし、ｌ（、Ａ　Ｍは、従来技術では、揮発性メモリ
とならざるを得ないという欠点を有する。すなわち、ダ
イナミックｔ（Ａ　Ｍの場合、１トランジスタ、１ＭＯ
８構造が現在主流となっているが、これは、２ｍＢｅＣ
に１回メモリをリフレッシュしなければ、メモリ内容が
保存されない。また、メ七り・セルが、Ｆ’１ｉｐ−Ｆ
ｌｏｐ構造となっているスタティックＲ，ＡＭの場合、
前記リフレッシ−は不必要となるが、電源が切れメモリ
・セルに電流が供給不可となると、ダイナミックＲＡ　
Ｍと同様にメモリー内容が保持されなくなる。
したがって、ＲＡＭの工うにスピードが速く、かつ不揮
発性となるメモリ素子の要望が非常に強い。そのために
は電源素子を各々の［（、Ａ　Ｍに実装し、ＬＬＡＭの
不揮発化を図る必要がある。
しかしながら、従来の電源素子は、いずれも大型又は厚
みが厚く、半導体素子が小型化されている利点を失なわ
せるものである。
一方、−次電池としては、小型化されたものがあるが、
電気容量に限度があるため長期間の使用に耐えない。
〔発明の目的１ 本発明の目的は、上記メモリ素子に用いるに適した全固
体薄膜リチウム二次電池を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の全固体薄膜リチウム二次電池は、基板上に負極
材料薄膜、固体電解質薄膜及び正極材料薄膜の積層を有
することを特徴とする。
上記積層の意味は、上記３種の薄膜がｌｌｌａ次積層さ
れていることのみを意味し、基板上に接するのは負極材
料薄膜側であっても正極材料薄膜側であってもよい。
ここに薄膜とは、例えば簿膜工学ノ・ンドプツク（エレ
クトロニクスへの応用）日本学術振興会薄膜第１３１委
員会編（昭３９年５月、オーム社）などに記載されてい
るように、いわゆる半導体部門における薄膜技術、すな
わち、スノくツタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などより
形成することが好まＬ７い。
正極材料としては、リチウムイオンを受容、放叱するも
のであればなんでもよいが、Ｔｉ５２ｖＳｅ２などが好
捷しい。負極材料としてはＬｉ　、　Ｌｉ　−Ａ４合金
、Ｌｉ−８ｉ合金などが好ましい。固体電解質としでは
、Ｌｉ４Ｓｉｎ４−Ｌｉ３ＰＯ４化合物、ＬｉＮ−Ｌｉ
Ｉ化合物などが好ましい。
寸だ、基板とは、薄膜、半導体、半導体の回路部分など
いかなるものでもよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例　１ 本発明の全固体薄膜リチウムニ池電池をＲＡ　Ｍのチッ
プ上に構成する例を第１図を用いて説明する。第１図に
おいて、ｎタイプシリコン基板１、ｐタイプウェル２、
ｎ＋領域３、ｐ＋領域４、絶縁膜５、配線金属６　、６
　／　、　６　／／　、　６１１／、およびゲート７．
７′　からなるＣ−’ＭＯ８・スタティック１１．ＡＭ
の表面に、Ｓｉ３Ｎ４などのパッシベーション膜８を施
す。この土に、電池の正又は負極材料膜９、固体電解質
膜１０、電池の負又は正極材料膜１１をつぎつぎに形成
する。電池の正極材料としては、ＴｉＳ２．ＶＳｅなど
、負極材料としては、Ｌ　ｉ　−ＡＩ　、　Ｌｉ　−８
ｉ合金などを用いる。また固体電解質膜としでは、Ｌｉ
４Ｓｉｎ４−Ｌｉ、ＰＯ４化合物薄膜、Ｌｉ５Ｎ−Ｌｉ
ｌ化合物薄膜などを用いる。
電池とｌ”ＬＡＭチップの接続は、半導体内に集積した
回路の接地端子ｖ８，６と電源端子Ｖ。（５／が、それ
ぞれ集電体１２　、１２’　を介して電池の正極および
負極に接続された構造となっている。最後に、パッシベ
ーション膜１３を形成し、チッフヲボンディングした後
、パッケージングする。
この構造により、電池の正負極活物質量に相当する電池
容量が、ＲＡＭのメモリ保持時間を決定する。例えば、
ｌ　５　ｋｂ　Ｃ−ＭＯＳ　　スタティックＲＡＭに、
放電容量７ｍＡｈの電池を接続した場合、約３０日メモ
リ内容を保持する。また、電池は全固体であるため安定
で、５年以上の寿命が得らｎる０さらに、本実施例で示
した電池は二次電池であるため、電源入力時に電池が充
電され、電源シャ断後は電池の放電によりメモリ内容を
保持することができる。
つぎに、本構成のＲＡＭと電池の接続回路をブロック図
（第２図）を用いて説明する。スタティックＲＡＭの基
本構成は、第２図（Ａのブロック図のように、メモリ・
セルアレー２１と周辺回路２０で表わすことができる（
２２：行デコーダ、テ゛ ２３：各種信号発生回路、２４：列グコーダ、２５二Ｉ
１０回路、２６：アドレスバッファ）。
このメモリ内容を保持するには、基本的にはメモリ・セ
ルアレーにのみ、電源素子から電流を供給してやればよ
い。電池を用いる本発明の構成をブロック図で表わした
ものが第２図（Ｂ）である。この構成は、外部電源（２
７：外部電源端子）がＯＮ状態のとき、切換回路２８に
よりメモリ・セルアレー２１と、周辺回路２０が動作状
態となり、かつ、電池２９が充電されるようになってい
る。また、外部電源が０１”　Ｆ状態となると、切換回
路２８により、電池２９よシメモリ・セルアレーに電流
が供給されるようになり、メモリ内容を保持し、不揮発
性１１．　Ａ　Ｍとなる。
ここに、周辺回路が、時期時に電流の消費しない回路構
成（例えばＣ−ＭＯ８回路）で構成されていれば、メモ
リ・セルアレーおよび周辺回路の電源端子ｃ、ｄと電池
を接続し、ａ、ｄ間を遮断しでもよい。
電源切換回路２８は、電源電圧（電流）感知回路および
制御回路およびスイッチ回路の組み合わせとすることが
できるし、又電源スィッチと連動させるようにしてもよ
いし、単なるスイッチとしてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の電池は薄型であるのでとくに半
導体素子と接続して効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はＣ−ＭＯＳ　−ＲＡＭに本発明の一実施例の′
電池を積層した構造の断面図、第２図（Ａ）はＲＡＭの
回路を示すブロック図、第２図（Ｂ）はＲＡＩｌｉ４と
電池の接続回路を示すブロック図である。 ９：負又は正極材料、１ｏ・・・固体電解質、１１・・
・負又は正極材料、１２　、１２’・・・集電体、２゜
・・・周辺回路、２１・・・メモリセルアレー、２７・
・・外部電源端子、２８・・・切替回路、２９・・・電
源素子、２６１・・・アドレス信号入力端子、２３１・
・・制御信号入力端子。 第　１　図 ６、 笑　２　園 ｒＡ） 第１頁の続き ＠発　明　者　植谷慶雄 茨木市丑寅−丁目８８号日立マク セル株式会社内 （ゆ出　願　人　日立マクセル株式会社茨木市丑寅１丁
目１番８８号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １．基板上に、負極材料薄膜、固体電解質薄膜及び正極
    材料薄膜の積層を有することを特徴とする全固体薄膜リ
    チウム二次電池。 いずれかの薄膜である特許請求の範囲第１項記載の全固
    体薄膜リチウム二次電池。 ３　上記正極材料は、ＴｉＳ２又はＶ　Ｓｅ　２のいず
    れかである特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の全
    固体薄膜リチウム二次電池。
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