KR100964017B1 - 전극의 표면적 및 전극과 전해질의 접촉면적을 증가시킨박막형 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

전극의 표면적 및 전극과 전해질의 접촉면적을 증가시킨박막형 전지 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 상기에서 언급된 나머지 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지 및 상기 박막형 전지의 제조방법에 관한 것이다.
계단형상, 박막형 전지, 기상증착, 캐소드,

Description

전극의 표면적 및 전극과 전해질의 접촉면적을 증가시킨 박막형 전지 및 그의 제조방법{THIN FILM BATTERY HAVING ENHANCED SURFACE AREA OF ELECTRODE AND ENHANCED CONTACT AREA BETWEEN ELECTRODE AND ELECTROLYTE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 박막(Thin film)형 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 증가시킨 박막형 전지에 관한 것이다.
박막형 전지는 고체전해질의 사용으로 인하여, 비사용중 자가방전이 적고 누액이나 폭발의 위험성이 없어 매우 안전한 전지로 알려져 있다. 그러나 박막형 전지에 있어 단점인 낮은 용량을 해결하기 위해서는 양극박막의 두께를 증가시켜야 하나, 박막형 전지의 제조공정상 스퍼터링과 같은 PVD법을 이용하므로 두께 증가에 한계가 있다.
특히, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2와 같이 통상적으로 알려진 리튬전이금속화합물 등의 경우, 결정상으로 존재하여야 효율적인 리튬의 인터컬레이션이 가능하므로 전지로서의 성능을 발휘할 수 있으나, 스퍼터링, 전자선증착, 진공열증착, 레이저 박막증착법 등의 방법을 사용하면 초기 박막증착시 리튬전이금속화합물 등이 비정질 상태로 존재하며, 결정화시키기 위해 별도의 열처리 과정이 요구된다.
그런데, 박막의 두께가 증가할 수록 박막내 스트레스 증가로 인해 열처리 과정중 크랙발생 등 공정이 어렵고, 실제 이러한 박막을 사용하여 전지를 구성할 경우 수율 및 신뢰성측면에서 좋지 않은 결과를 초래한다. 또한, 양극의 두께 증가시 양극내 도전성이 감소하여 고율방전과 같은 출력특성이 저하되는 단점을 지니게 된다.
따라서, 상기와 같은 단점들을 해결하는 방법은 박막형 전지의 출발재료인 기판의 표면적을 증가시켜 그 위에 증착될 양극박막의 양을 증가시켜 전지용량 증대 및 출력특성을 동시에 향상시키는 것이다.
기판의 표면적을 증가시키기 위한 방법으로는 기판의 표면을 3차원적으로 식각하여 표면적을 증가시키는 방법이 있다. 상기 식각방법으로는 액체상의 용액을 사용하는 등방성(Isotropic) 식각으로 이루어진 습식법(도 1, (b))과, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching), 스퍼터 식각(Sputter etching), 증기상 식각(Vapor Phase Etching) 등 이방성(anisotropic) 식각으로 이루어진 건식법(도 1, (a))이 있다. 이들 식각 방법은 각각의 특성에 따라 사용 용도 또한 상이하다.
건식식각의 경우에는 종횡비(aspect ratio)가 우수하고 수 ㎛이하의 정교한 형상을 제어 할 수 있는 장점이 있으나 고가의 건식 식각장비를 사용해야 한다는 단점이 있다.
특히, 박막형 전지를 제조할 경우에는 이방성 식각면, 특히 식각면 측면에 콜렉터, 캐소드, 고체전해질 및 애노드가 균일하게 증착이 되어야 단락 없는 양호한 전지를 구성할 수 있는데, 기존 스퍼터링, 전자선증착, 진공증착과 같은 물리적 기상증착법(Physical Vapor Depositin), 에 의하면 건식식각에 의한 이방성 식각면에 균일한 박막을 증착할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 이 경우에는 전구체 가스를 사용한 화학적 기상증착법(chemical vapor deposition)에 의해서만 균일한 박막형성이 가능하다. 그러나, 화학적 기상증착법(CVD) 에 의한 박막형 전지 제조는 공정이 복잡하고 사용되는 가스가 대부분 독성이므로 공정 완료후 배기가스를 재처리하기 위한 장치가 별도로 필요하다.
이 분야의 종래기술들은 박막형 전지의 낮은 용량을 해결하는 방법으로 기판의 표면적을 넓히는 방법들을 제시하고 있지만, 단순히 종횡비(aspect ratio)가 우수한 건식법에 의한 이방성 식각에 의하여 기판의 평면에 대하여 수직인 면이 깊게 형성되는 요철, 홀 등을 형성하는 방법을 따르고 있기 때문에 표면적이 확대된 기판상에 다른 구성요소들을 형성하는 경우 필연적으로 화학적 기상증착법(CVD)을 채용하게 되어 상술한 바와 같은 문제점을 갖는다. 예컨대, 미국특허 US 6,197,450에서도 에스펙트 비가 큰 홀들로 천공된 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하여 기판의 표면적을 넓히기 위한 시도를 하고 있으나, 박막의 증착은 화학적 기상증착법(CVD)에 의하고 있다.
본 발명은 기판 등의 표면에 건식법에 의해 이방성 식각을 수행하여 표면적을 증가시키는 방법으로 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 충분히 증가시키면서도, 물리적 기상증착(PVD) 및 화학적 기상증착(CVD) 중 어느 방법에 의하더라도 상기 식각면 위에 순차적으로 적층되는 박막들을 균일하게 형성하는 것이 가능한 박막형 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 상기에서 언급된 나머지 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 계단형상이 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상인 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계; 상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드상에 전해질층을 형성하는 단계; 상기 전해질층상에 애노드를 형성하는 단계; 및 상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지의 제조방법에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 습식법에 의한 등방성 식각을 수행하여 라운드 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 건식법에 의해 이방성 식각을 수행하여 표면적을 증가시키는 방법으로 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 충분히 증가시키면서도, 물리적 기상증착 및 화학적 기상증착 중 어느 방법에 의하더라도 상기 식각면 위에 순차적으로 적층되는 박막들을 균일하게 형성하는 것이 가능하므로 매우 경제적으로 박막 전지의 용량 및 출력밀도를 개선할 수 있다.
본 발명은 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 물리적 기상증착에 의하여 상기에서 언급된 나머지 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지에 관한 것이다.
본 발명의 박막형 전지는 기판 또는 제1콜렉터에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성시키는데, 제1콜렉터에 형성시키는 경우 전극의 양의 증가 및 전극과 전해질의 접촉면적이 좀 더 넓게 형성될 수 있는 장점이 있으나 제1콜렉터 막의 두께가 수십마이크론 이상이 되지 않으면 실시가 용이하지 않은 점을 고려해야 한다.
본 발명에서 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 상기 단면 형상을 제외한 그루브의 크기, 개수, 배치형태 등은 어떠한 형태라도 가능하며 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 스트라이프형(stripe type), 체크형(check type) 등을 들 수 있다.
상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하고 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 형성되기 때문에 식각이 간단하고 정교하게 수행될 수 있으며; 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브와 비교할 때 동일한 표면적의 증가 효과를 제공함에도 불구하고, 계단형상으로 형성되어 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 얕은 여러 개의 층으로 형성되므로 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하더라도 균일한 증착이 가능한 장점을 갖는다.
상기에서 언급한 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브의 경우는 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 깊기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 경우 균일한 증착이 불가능하다. 따라서, 화학적 기상증착에 의해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 또한, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 라운드 처리한 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다.
상기에서 라운드 처리는 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 달성할 수 있다. 상기와 같이 라운드 처리를 하는 경우, 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 라운드 처리되기 전의 각이 진 계단형상 보다 현격히 줄어들기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 것이 더욱 용 이해지고 증착된 다른 구성요소들의 막도 더 균일하게 형성된다.
본 발명은 또한, 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계; 상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드상에 전해질층을 형성하는 단계; 상기 전해질층상에 애노드를 형성하는 단계; 및 상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지의 제조방법에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법에 관한 것이다.
상기의 제조방법에서 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)가 하나 이상 형성된 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 상기에서 언급된 나머지 구성요소들은 물리적 기상증착 또는 화학적 기상증착에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명은 또한,
상기의 제조방법에서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 습식법에 의한 등방성 식각을 수행하여 라운드 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.
상기와 같이 라운딩 처리 공정이 추가되는 경우, 그루브에서 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 거의 남지 않기 때문에, 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 상기에서 언급된 나머지 구성요소들을 물리적 기상증착하는 경우 더욱 균일한 막을 형성할 수 있다.
상기의 제조방법에서 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
기판 또는 제1콜렉터 표면에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 첫째 단(최하위 단)의 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 구비된 포토마스크를 제작하고 이를 이용하여 노광한 후, 현상 및 건조하여 첫째 단을 형성하는 단계; 및 상기에서 형성된 첫째 단 상에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 둘째 단을 형성하기 위하여 필요한 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 형성된 포토마스크를 제작하여 노광, 현상 및 건조하여 둘째 단을 형성하는 단계; 및 상기 둘째 단 형성단계와 동일한 공정을 그루브의 높이에 맞추어 반복하는 단계를 포함하여 수행된다.
이하 본 발명에 관한 실시례를 통해 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 보여주는 것이다.
도 2에서 (a)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 포함하는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(1)을 예시하여 나타내고 있다. 상기 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같은 포토레지스트 패턴(40)은 네가티브형 포토레지스트 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 네가티브형 포토레지스트 조성물은 노광시에 빛이 조사되지 않는 부분이 현상에 의하여 제거되므로 첫째 단(10)이 노광에 의해 고정되면 둘째 단(20)의 형성시에 다시 노광되지 않더라도 첫째 단(10)은 현상되지 않고 그대로 남아 있고 첫째 단(10) 위에 도포된 포토레지스트 조성물 중 노광되지 않은 부분만 현상에 의하여 제거되므로 계단형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다.
상기 도 2의 (b)는 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)을 나타내고 있다. 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브를 갖는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(도 2의 (a))을 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching), 스퍼터 식각(Sputter etching), 증기상 식각(Vapor Phase Etching) 등 건식법에 의하여 이방성 식각시키는 것에 의하여 형성된다.
상기에서 이미 언급한 것처럼, 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브(도 1, (a))와 비교할 때 동일한 표면적의 증가 효과를 제공함에도 불구하고, 계단형상으로 형성되어 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 얕은 여러 개의 층으로 형성되므로 물 리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하더라도 균일한 증착이 가능한 장점을 갖는다. 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브(도 1, (a))의 경우는 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 깊기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 경우 균일한 증착이 불가능하기 때문에 화학적 기상증착에 의해야 하는 문제점이 있다.
도 3은 본 발명의 일실시례로서 기판의 표면에 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 보여주는 것이다.
구체적으로 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(도 3, (a))을 습식법에 의한 등방성 식각 공정에 의해 처리하여, 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(도 3, (b))을 제조한다.
상기에서 이미 언급한 것처럼, 계단형상(52)을 라운드형상(50)이 되도록 처리하는 경우 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 라운드 처리되기 전의 계단형상 보다 현격히 줄어들기 때문에 물리적 기상증착에 의하여 다른 구성요소들을 증착하는 것이 더욱 용이하고 증착된 다른 구성요소들의 막도 더 균일하게 형성된다.
도 4는 본 발명의 일실시례로서 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 방법을 예시하고 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 포토레지스트 조성물로는 네가티브형 을 사용할 수 있으며, 형성과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에서 (a)는 네가티브형 포토레지스트 조성물을 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다.
(b)는 포토레지스트 패턴(40)의 첫째 단(10)을 형성하기 위하여 차광부(61)가 설치된 유리 및 플라스틱기판(62)을 포토마스크(60)로 하여 노광하는 공정을 나타낸다. 이 경우 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남는다.
(c)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 포토레지스트 패턴(40)의 첫째 단(10)을 나타낸다. 이 부분은 노광에 의하여 현상액에 녹지 않기 때문에 둘째 단(20)의 형성공정의 현상시에도 그대로 남게된다.
(d)는 포토레지스트 패턴(40)의 둘째 단(20)을 형성하기 위하여 네가티브형 포토레지스트 조성물을 상기에서 형성된 첫째 단(10)의 상부에 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다.
(e)는 상기 (b)와 같은 노광공정을 나타낸다. 상기 노광 후, 현상공정을 수행하면 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남아서 둘째 단(20)을 형성한다. 또한, 첫째 단(10)도 현상액에 녹지 않으므로 그대로 남아서 둘째 단(20)과 함께 계단형상을 형성한다.
(f)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 첫째 단(10)과 둘째 단(20)으로 구성된 포토레지스트 패턴(40)을 나타낸다.
(g)는 포토레지스트 패턴(40)의 셋째 단(30)을 형성하기 위하여 네가티브형 포토레지스트 조성물을 상기에서 형성된 둘째 단(20)의 상부에 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다.
(h)는 상기 (e)와 같은 노광공정을 나타낸다. 상기 노광 후, 현상공정을 수행하면 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남아서 셋째 단(30)을 형성한다. 또한, 이미 형성된 첫째 단(10) 및 둘째 단(20)도 현상액에 녹지 않으므로 그대로 남아서 셋째 단(20)과 함께 계단형상을 형성한다.
(i)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 첫째 단(10), 둘째 단(20) 및 셋째 단(30)으로 구성된 포토레지스트 패턴(40)을 나타낸다.
본 발명에서 계단형상의 포토레지스트 패턴(40)은 그루브의 깊이에 맞추어 단(10, 20, 30)의 수를 형성하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 박막형 전지의 구성방법을 예시한 것이다.
먼저, (a)는 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)을 나타낸다. 본 발명에서 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 기판의 종류는 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없다. 예컨대, 실리콘, 마이카, 티타 늄(Ti), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸(SUS), 알루미나(Al2O3) 등을 들 수 있다.
(b)는 상기 기판상에 제1콜렉터(100)을 형성하는 공정을 나타낸다. 제1콜렉터 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, Pt 또는 Au 등을 들 수 있다. 상기 제1콜렉터(100)은 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다. 여기서, 상기 기판(1)과 제1콜렉터(100) 사이에 접착(adhesion)을 향상시키기 위해서 접착층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이 접착층은 Al, Ti, Co, Cr, Nb, Ta, W 중 어느 하나의 금속을 포함하거나, 산화인듐막(Indium Tin Oxide:ITO)층으로 이루어질 수도 있다.
(c)는 상기 제1콜렉터(100) 위에 캐소드(200)를 형성하는 공정을 나타낸다. 캐소드(200) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2 등 리튬 전이 금속이나 V2O5와 같은 금속 산화물을 들 수 있다. 상기 캐소드(200)는 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다.
(d)는 상기 캐소드(200) 위에 전해질층(300)을 형성하는 공정을 나타낸다. 전해질층(300) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, LiPON과 같은 무기 고체 전해질(Inorganic Solid Electrolyte) 또는 고분자 전해질 등을 들 수 있다. 상기 전해질층(300)도 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다.
(e)는 상기 전해질층(300) 위에 애노드(400)를 형성하는 공정을 나타낸다. 애노드(400) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, Li, Sn, Si계 합금 등을 들 수 있다. 상기 애노드(400)도 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다.
상기 애노드(400) 형성 후 평탄화 공정을 거쳐 제2콜렉터를 형성할 수 있다. 이때 평탄화 공정 없이 곧바로 제2콜렉터를 형성할 수도 있다. 제2콜렉터를 형성하기 전에 보호막 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우에는 애노드(400) 자체를 제2콜렉터로 사용하거나, 전지 측면에 제2콜렉터를 형성하여 애노드(400)와 제2콜렉터를 연결한다.
도 1은 (a)건식법에 의한 이방성 식각과 (b)습식법에 의한 등방성 식각을 비교하여 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 도시한 것이다.
(a): 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 포함하는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(1)
(b): 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)
도 3은 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 도시한 것이다.
(a): 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)
(b): 표면에 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)
도 4는 본 발명의 일실시례로서 기판상에 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 방법을 예시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 박막형 전지의 구성방법을 순서대로 도시한 것이다.
*도면 부호의 설명*
1: 기판 10: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 첫째 단
20: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 둘째 단
30: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 셋째 단
40: 포토레지스트 패턴
50: 라운드 처리된 계단형상의 단면 형상
51: 습식식각에 의해 식각되는 식각부
52: 계단형상의 단면 형상
60: 포토마스크 61: 차광부
62: 유리판 63: 투광부
100: 제1콜렉터 200: 캐소드
300: 전해질층 400: 애노드

Claims (11)

  1. 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서,
    상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 상기에서 언급된 나머지 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 계단형상이 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상인 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)가 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 스트라이프형(stripe type) 또는 체크형(check type)으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 상기에서 언급된 나머지 구성요소들이 물리적 기상증착법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 기판과 제1콜렉터 사이에 접착 증가층이 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  6. 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계;
    상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계;
    상기 캐소드상에 전해질층을 형성하는 단계,
    상기 전해질층상에 애노드를 형성하는 단계, 및
    상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지의 제조방법에 있어서,
    상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)가 하나 이상 형성된 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 상기에서 언급된 나머지 구성요소들이 물리적 기상증착 또는 화학적 기상증착에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 습식법에 의한 등방성 식각을 수행하여 라운드 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)가 하나 이상 형성된 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 상기에서 언급된 나머지 구성요소들이 물리적 기상증착에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    기판 또는 제1콜렉터 표면에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 첫째 단(최하위 단)의 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 구비된 포토마스크를 제작하여 노광, 현상 및 건조하여 첫째 단을 형성하는 단계; 및
    상기에서 형성된 첫째 단 상에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 둘째 단을 형성하기 위하여 필요한 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 형성된 포토마스크를 제작하여 노광, 현상 및 건조하여 둘째 단을 형성하는 단계; 및
    상기 둘째 단 형성단계와 동일한 공정을 그루브의 높이에 맞추어 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
  11. 청구항 6에 있어서, 상기 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계가 기판과 제1콜렉터 사이에 접착 증가층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법.
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