KR20150016290A - 양자 전지의 시험용 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법 - Google Patents

양자 전지의 시험용 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법 Download PDF

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Abstract

양자 전지의 제작 프로세스 도중에서의 충전층의 전기적 특성 평가를, 손상시키지 않고 행할 수 있는 반도체 프로브에 의한 양자 전지의 시험 장치 및 시험 방법을 제공한다. 전극(54)과 금속 산화물 반도체(56)를 지지체(52)에 적층하여 구성된 반도체 프로브(50)에, 또한 양자 전지와 같은 재료로 프로브 충전층(58)을 형성하고, 자외선 조사한다. 반도체 프로브(50)에, 양자 전지와 같은 재료로 프로브 충전층(58)을 형성함으로써, 양자 전지의 충전층을 손상시키지 않고 평가가 가능하다. 이 프로브 충전층(58)을 구비한 반도체 프로브(50)를 사용하여, 전압계(64)와 정전류원(62) 또는 방전 저항(66)에 의해, 양자 전지 제작 도중에서의 충전층(18)의 충방전 특성을 측정하는 시험 장치 및 시험 방법을 제공한다.

Description

양자 전지의 시험용 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법{SEMICONDUCTOR PROBE FOR TESTING QUANTUM CELL, TEST DEVICE, AND TEST METHOD}
본 발명은, 자외선 조사(照射)에 의한 금속 산화물의 광여기(光勵起) 구조 변화를 이용하여, 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 새로운 동작 원리에 기초한 전고체(全固體) 전지의 시험용 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법에 관한 것이다.
전기 자동차나 모바일 기기(機器)에 사용되고 있는 2차 전지는, 니켈-수소 2차 전지가 많이 탑재되어 있다. 최근에는, 보다 고출력화, 대용량화가 가능한 2차 전지로서 리튬 이온 전지가 개발되어, 실용화가 개시되고 있는 단계에 있다.
리튬 이온 전지는, 플러스극에 리튬을 함유하는 금속 복산화물(複酸化物), 마이너스극에 탄소 등 리튬을 수용하고, 방출할 수 있는 재료를 사용하여, 이온 괴리 가능한 리튬염과 그것을 용해 가능한 유기 용매로 이루어지는 전해액을 함침(含浸)시킨다. (특허 문헌 1 등 참조).
전해액은 액체이므로, 누액의 가능성이 있는 것, 가연물이 사용되고 있으므로, 오사용 시의 전지의 안전성을 높일 필요가 있으므로, 전해액 대신에 고체 전해질을 사용한 전고체 리튬 2차 전지의 개시도 있다(특허 문헌 2등 참조).
리튬 이온 전지는, 레어 메탈인 리튬을 사용하므로, 비용면에서도 고가로 되어, 성능면에서도 새로운 고성능 또한 대용량의 2차 전지가 요구되고 있다.
이와 같은 상황에 있어서 본 발명자는, 간단한 구성에 의해 저비용화 및 안정적인 동작이 가능한 전고체형의 반도체 전지[이하 양자(量子) 전지라고 함]를 제안하고 있다(PCT/JP2010-067643).
양자 전지는, 기판과, 도전성(導電性)의 베이스 전극과, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체를 광여기 구조로 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 충전층과, P형 반도체층과, 도전성의 대향 전극을 적층하여 구성되어 있다. 충전층에는, 베이스 전극과 대향 전극 간에 전원을 접속하여 충전한다.
이와 같은 양자 전지는, 그 제작 프로세스에 있어서 기능을 확인하기 위한 전류-전압 특성 및 충방전 특성의 평가가 행해지고 있다.
전류-전압 특성은, 일반적으로 반도체의 특성을 평가하는 방법으로서 알려져 있지만, 2차 전지에 대해서도 성능 평가에 적용되고 있다.
예를 들면, 하이브리드차 양용 전지의 방전 시와 충전 시의 전압과 전류의 측정값에 기초하여 내부 저항을 검출하고, 정확한 전지의 전류-전압 특성을 추정하여 보다 정확한 전지의 내부 저항을 검출하는 것(특허 문헌 3 등 참조)이나, 전지의 출력 범위를 복수의 영역으로 분할하고, 영역마다 설정 조수(組數; set number)의 전압과 전류를 측정하고, 이들 측정값에 기초하여 전지의 전류-전압 특성을 특정하고, 그 전류-전압 특성에 따라 전지의 최대 출력을 연산하는 방법(특허 문헌 4 등 참조)이 있다.
또한, 양자 전지의 제작에 있어서는, 2차 전지로서의 성능은 충전층에 의존하므로, 완성품으로 되고나서 평가하는 것보다, 제작 프로세스에 있어서, 충전층이 적층된 도중 단계에서 충전층의 평가를 함으로써, 효율적인 제작을 행할 수 있다.
제작 프로세스의 도중 단계에서 기능 평가를 하는 것은 반도체의 분야에서는 행해지고 있는 수단이며, 예를 들면, 전계 효과형 박막 트랜지스터를 실제로 작성 하지 않고, 그 활성층으로 되는 반도체의 전기 특성을 직접 측정하는 것을 목적으로 하여, 절연막으로 감싸진 측정용 게이트 전극의 양측에 측정용 소스 전극 및 측정용 드레인 전극이 각각 노출되어 설치된 측정 장치가 있다.
측정용 소스 전극, 측정용 드레인 전극 및 그 사이의 절연막의 각각의 노출면을 반도체의 표면에 접촉시키면, 이 접촉 부분에 의해 공면형(共面型; coplanar type)의 의사(擬似) 전계 효과형 박막 트랜지스터가 구성된다. 이로써, 소자 작성 전에, 소자 작성 후의 통상의 공면형의 전계 효과형 박막 트랜지스터의 경우와 동등한 측정을 행할 수 있다(특허 문헌 5 등 참조).
또한, 의사 MOSFET를 사용하여, SOI 기판을 평가할 때 전류-전압 특성을 양호한 정밀도로 측정하고, 시간 경과의 변화에 의한 영향을 최소한으로 하여 재현성이 양호한 값을 얻는 방법(특허 문헌 6등 참조)이나, 측정을 위한 반도체 프로브(특허 문헌 7 등 참조)의 제안도 있다.
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그러나, 양자 전지는 새로운 원리에 기초한 전고체형의 2차 전지이며, 그 제작 프로세스의 도중에 평가를 행하는 것, 그리고, 전지 특성으로서의 충방전 특성이나 전류-전압 특성을 평가하기 위해서는, 종래의 방법을 그대로 적용할 수 없어, 양자 전지 특유의 구조 및 특징을 고려하지 않으면 안된다.
특히, 양자 전지의 충전층은, 미립자화된 n형 금속 산화물 반도체를 절연 피막으로 덮는 구조이며, 반도체 프로브로 특성 평가를 행하는 경우에, 반도체 프로브와의 기계적인 접촉에 의해, 절연 피막이 벗겨지거나 충전층에 상흔이 생기거나 하는 경우가 있었다. 그러므로, 충전층의 평가를 직접 행하지 않고, 평가용의 테스트 영역을 형성하고, 테스트 영역에 형성된 충전층을 평가함으로써, 양자 전지로서의 충전층의 평가로 하고 있었다.
본 발명은, 양자 전지의 제작 프로세스 도중에서의 충전층의 전기적 특성을 직접 평가할 수 있도록 하기 위해, 절연 피막의 벗겨짐이나, 상흔이 생기는 일 없이 평가를 행할 수 있는 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명이 피측정물로서 대상으로 하는 것은 양자 전지이며, 이 양자 전지는, 기판에, 도전성의 베이스 전극과, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체를 광여기 구조 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 충전층과, P형 반도체층과, 도전성의 대향 전극을 적층하여 구성되어 있다. 또한, 안정적인 동작을 행하게 하기 위해, 베이스 전극과 충전층의 사이에 n형 금속 산화물 반도체의 층을 형성해도 된다.
양자 전지에 충전층이 적층된 시점에서, 이 충전층의 전기적 특성을 평가하기 위해서는, 충전층 상에 더 적층으로 되는 층을 반도체 프로브에 형성하여, 이 반도체 프로브를 충전층에 접촉시켜 전기적 특성을 측정함으로써, 최종적인 완성품에서의 충전층의 기능을 평가할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 프로브는, 도전성의 전극과, 금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층과, 또한 전기 에너지를 충전하는 충전층을 지지체에 적층하는 것을 특징으로 한다.
충전층은, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체이며, 전자를 포획하기 위해, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체에 자외선을 조사하여, 광여기 구조로 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하고 있다. n형 금속 산화물 반도체는, 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연 중 어느 1종, 또는 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연의 2종 내지 3종을 조합한 복합 물질이며, n형 금속 산화물 반도체를 덮는 절연성 물질은, 절연성 수지 또는 무기 절연물이다.
금속 산화물 반도체는 p형 반도체로, 예를 들면, 산화 니켈 또는 동(銅) 알루미늄 산화물이다. 또한, 피측정물과의 대응 관계로부터, 금속 산화물 반도체는 n형 반도체라도 되고, 예를 들면, 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연 중 어느 1종, 또는 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연의 2종 내지 3종을 조합한 복합 물질이다.
도전성의 전극은, 예를 들면, 동 또는 크롬을 사용한다. 지지체는, 적어도 일부가 탄성체이며, 반도체 프로브를 양자 전지의 충전층에 컨택트할 때의 접촉 압력을 제어하고, 프로브면을 피측정물의 면과 밀착시켜 접촉시킨다. 지지체의 전부가 탄성체라도 된다.
지지체는, 원통 형상으로 해도 되고, 도전성의 전극과 금속 산화물 반도체층과 충전층은, 지지체의 외주면에 적층된다. 또한, 지지체에는, 피측정물의 베이스 전극에 맞닿는 접지(接地) 전극부를 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 프로브와, 피측정물과, 충방전을 행하는 충방전 전류원과, 충방전 시에서의 피측정물의 전압을 측정하는 전압계에 의해, 충방전 특성 시험 장치가 구성된다.
기판에 도전성의 베이스 전극, 또는 베이스 전극과 n형 금속 산화물 반도체층이 적층되어 있는 피측정물의 평가에서는, 본 발명에 의한 반도체 프로브는 충전층이 적층되어 있으므로, 양자 전지 제작 단계에서의 베이스 전극, 또는 베이스 전극과 n형 금속 산화물 반도체층의 전기적 특성의 평가도 가능하다. 기판에 전극과 절연 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체로 이루어지는 충전층이 적층되어 있는 피측정물의 평가에서는, 충전층이 평가된다. 충전층은, 반도체 프로브의 충전층과 같은 물질로 구성되며, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체에 자외선을 조사하여, 광여기 구조로 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하고, 양자 전지로서의 기능을 구비하고 있다.
반도체 프로브는, 피측정물의 전체면을 덮어 밀착시켜, 전극 및 충전층의 전기적 특성의 평가를 행하지만, 복수의 피측정물의 전체면을 덮어 밀착시킴으로써, 동시에 복수의 전극 및 충전층의 평가를 행할 수 있다. 또한, 반도체 프로브를, 피측정물의 일부를 덮어 밀착시킴으로써, 충전층의 국소적인 평가할 수 있어, 충전층면 내에서의 특성의 불균일이 평가 가능해진다.
지지체가 원통 형상의 반도체 프로브에서는, 피측정물의 표면을 회전시키면서 충방전 특성을 평가할 수 있다. 지지체를 원통 형상으로 한 반도체 프로브를 2개 사용하면, 한쪽의 반도체 프로브로 피측정물의 충전 특성을, 다른 반도체 프로브로 피측정물의 방전 특성을 평가할 수도 있다.
본 발명은 반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 시험 방법을 제공하고, 도전성의 전극과 금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층과 전기 에너지를 충전하는 충전층과 지지체를 적층하여 구성된 반도체 프로브와, 피측정물과, 충방전을 행하는 충방전 전류원과, 충방전 시에서의 피측정물의 전압을 측정하는 전압계를 구비하고, 반도체 프로브를 피측정물에 맞닿게 하고, 충방전 전류원에 의해 충방전하고, 피측정물의 전압을 상기 전압계로 측정하는 방법인 것을 특징으로 한다.
그리고, 충전 시의 전원으로서 전압원을 적용할 수도 있어, 이 경우에는 전류를 측정한다. 또한, 방전 시의 부하로서 전류원 대신에 저항을 적용해도 된다.
본 발명에 의하면, 기판과, 도전성의 베이스 전극과, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체를 광여기 구조 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하여 전자를 포획하는 충전층과, P형 반도체층과, 도전성의 대향 전극을 적층하여 구성되어 있는 양자 전지에 있어서, 전극과 금속 산화물 반도체층을 구비한 반도체 프로브에, 피측정물로서의 양자 전지의 충전층과 같은 구성의 충전층이 적층되어 있으므로, 충전층끼리를 접촉시켜 전기적 특성을 평가할 수 있어, 양자 전지의 충전층을 손상시키지 않는다. 또한, 피측정물의 충전층을 적층하는 전단계(前段階)에 있어서도, 반도체 프로브에 충전층을 가지고 있으므로, 양자 전지로서의 충방전 기능을 평가할 수 있다.
또한, 반도체 프로브의 지지체를, 충전층면을 전면적으로 커버하는 크기로서, 독립된 전극 및 금속 산화물 반도체층에 의해 구성되는 층을 복수 개 구비하는 구성으로 함으로써, 충전층 영역의 특성의 분포나 불균일, 및 차분 측정 등이 동시에 측정 가능해져, 효율적인 특성의 파악 및 이상(異常) 개소나 불량 개소의 특정과 수복이 용이해진다.
한편, 반도체 프로브의 지지체를, 충전층면의 일부를 커버하는 크기로 함으로써, 충전층 영역 내에서의 특성의 분포나 불균일, 및 차분 측정 등이 측정 가능해진다.
반도체 프로브의 지지체를 원통 형상으로 함으로써, 충전층면을 회전시키면서 전기적 특성을 평가 가능하므로, 양호한 효율의 평가가 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 도체(導體) 프로브에 의한 양자 전지의 시험 장치 및 시험 방법을 적용하는 양자 전지의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 양자 전지의 충전층을 설명하는 도면이다.
도 3은 광여기 구조 변화를 설명하는 밴드도이다.
도 4는 광여기 구조 변화에 따라 형성된 새로운 에너지 준위를 설명하는 밴드도이다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체 프로브를 설명하는 도면이다.
도 6은 충전 시의 충방전 특성 평가 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 7은 방전 시의 충방전 특성 평가 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 8은 양자 전지의 충방전 특성을 나타낸 도면이다.
도 9는 지지체에, 복수의 측정부를 설치한 반도체 프로브의 선단 정면도이다.
도 10은 지지체를 원통형으로 한 원통형 반도체 프로브의 단면도(斷面圖)이다.
도 11은 원통형 반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 평가 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 12는 원통형 반도체 프로브를 사용하여 측정한 충전층의 충전 특성을 나타낸 도면이다.
도 13은 원통형 반도체 프로브를 사용하여 측정한 충전층의 방전 특성을 나타낸 도면이다.
도 14는 2개의 원통형 반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 평가 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 15는 접지 전극부를 형성한 원통형 반도체 프로브의 개요를 나타낸 단면도이다.
도 16은 접지 전극부를 형성한 원통형 반도체 프로브로 측정하는 양자 전지의 충전층면을 설명하는 도면이다.
본 발명은, 충전층에 광여기 구조 변화 기술을 채용한 새로운 충전 원리에 기초한 2차 전지인 양자 전지의 제조 과정에서의 전기적 특성을 평가하기 위한 반도체 프로브, 시험 장치 및 시험 방법이며, 본 발명을 더욱 명확하게 이해하고 설명하기 위해, 최초에 적용 대상이 되는 양자 전지의 구조와 원리에 대하여 설명하고, 그 후에, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명을 적용하는 양자 전지의 단면(斷面) 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서, 양자 전지(10)는, 기판(12)에, 도전성의 베이스 전극(14)이 형성되고, 또한 n형 금속 산화물 반도체층(16), 전기 에너지를 충전하는 충전층(18), p형 금속 산화물 반도체층(20)과 대향 전극(22)이 적층되어 있다.
기판(12)은, 절연성의 물질이라도 도전성의 물질이라도 되고, 예를 들면, 유리 기판이나 고분자 필름의 수지 시트, 또는 금속박 시트가 사용 가능하다.
베이스 전극(14)과 대향 전극(22)은, 도전막이 형성되어 있으면 되고, 예를 들면, 금속 재료로서, 알루미늄 Al을 포함하는 은Ag 합금막 등이 있다. 그 형성 방법으로서는, 스퍼터링, 이온 플레이팅, 전자빔 증착(蒸着), 진공 증착, 화학 증착 등의 기상(氣相) 성막법을 들 수 있다. 또한, 베이스 전극(14)과 대향 전극(22)은, 전해 도금법, 무전해 도금법 등에 의해 형성할 수 있다. 도금에 사용되는 금속으로서는, 일반적으로 동, 동 합금, 니켈, 알루미늄, 은, 금, 아연 또는 주석 등을 사용할 수 있다.
n형 금속 산화물 반도체층(16)은, 이산화티탄(TiO2), 산화 주석(SnO2) 또는 산화 아연(ZnO)을 재료로서 사용한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 충전층(18)에는, 절연성의 피막에 덮힌 미립자의 n형 금속 산화물 반도체가 충전되고, 자외선 조사에 의해 광여기 구조 변화되어, 충전 기능을 구비한 층으로 되어 있다. n형 금속 산화물 반도체는, 실리콘의 절연성 피막으로 덮혀져 있다. 충전층(18)에서 사용 가능한 n형 금속 산화물 반도체 재료로서는, 이산화티탄, 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO)이 매우 적합하고, 이산화티탄과 산화 주석과 산화 아연을 조합한 재료라도 된다.
충전층(18) 상에 형성한 p형 금속 산화물 반도체는, 상부의 대향 전극(22)으로부터의 전자의 주입을 방지하기 위해 설치되어 있다. p형 금속 산화물 반도체층(20)의 재료로서는, 산화 니켈(NiO), 동 알루미늄 산화물(CuAlO2) 등이 사용 가능하다.
충전층(18)의 이산화티탄의 미립자는 실리콘에 의해 절연 피막이 형성되어 있지만, 균일한 피막으로 되는 것은 한정되지 않아 불균일이 생기고, 현저한 경우에는 피막이 형성되지 않고 전극에 직접 접하는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 재결합에 의해 전자가 이산화티탄에 주입되어 버려, 밴드 갭 중에 에너지 준위가 형성되지 않아, 충전 용량이 저하된다. 따라서, 충전 용량의 저하를 억제하고, 보다 고성능인 2차 전지로 하기 위해, 도 1에 나타낸 바와 같이 베이스 전극(14)과 충전층(18)의 사이에, n형 금속 산화물 반도체층(16)을 형성하고 있다.
도 3의 (A), (B)는, 자외선 조사된 충전층이 광여기 구조로 변화되는 것에 의해 새로운 에너지 준위가 형성되는 기본적인 현상을 설명하기 위해, 모델 구조의 밴드도를 나타내고 있다.
도 3의 (A)의 밴드도는, 전극(30)과 중간 결정층(結晶層)(32)과 n형 금속 산화물 반도체층(34)으로 되어 있다. 전도대(傳導帶; conduction band)(36)와 가전자대(價電子帶; valence band)(38)의 사이에는 페르미 레벨(fermi level)(40)이 존재하고, 전극(30)의 페르미 레벨(40)은 전도대(conduction band)(36)에 가까워, n형 금속 산화물 반도체층(34)의 페르미 레벨(40)은, 전도대(36)와 가전자대(38)의 중간에 존재한다. 자외선(42)이 조사되면, 중간 결정층(32)에 있는 가전자대(38)의 전자(44)는 전도대(36)에 여기된다.
도 3의 (B)에 나타낸 자외선 조사 중의 상태에서는, 자외선(42)의 조사에 의해, 중간 결정층(32)의 영역에서의 가전자대(38)의 전자(44)가 전도대(36)에 여기되고, 여기된 전자(44)는 전도대(36)의 경사에 의해 전극(30)의 전도대(36)에 수용된다. 한편, 가전자대(38)에는 전자(44)가 빠진 정공(正孔)(46)이 모여 있다. 중간 결정층(32)에 있어서는, 자외선 여기와 재결합의 사이에 시간차가 발생하고, 이 시간차가 있으므로, 원자의 재배열이 행해진다. 그러므로, 중간 결정층(32)의 가전자대(38)에 잔류하고 있는 정공(46)이, 밴드 갭 중으로 이동하고, 새로운 에너지 준위(48)를 형성한다.
도 4는, 자외선(42)의 조사에 의해, 중간 결정층(32)의 밴드 갭 중에 새로운 에너지 준위(48)가 형성된 재결합 후의 상태를 나타내고 있다. 전극(30)과 n형 금속 산화물 반도체층(34)의 계면에만 밴드 갭 중의 전자 밀도의 증가, 내각(內殼) 전자의 케미컬 시프트도 관측되어 있고, 원자 간격이 변화된 것으로 생각된다.
이와 같이, n형 금속 산화물 반도체층(34)에 자외선(42)을 조사함으로써 밴드 갭 내에 새로운 에너지 준위(48)가 형성될 수 있는 것을 설명하였으나, 2차 전지로서는, 이 새롭게 형성된 에너지 준위(48)를 이용하여, 전극과 n형 금속 산화물 반도체와의 사이에 절연층에 의해 장벽을 형성하고, 전자를 컨트롤함으로써 충전 기능을 갖게 할 수 있다.
도 1에 나타낸 충전층(18)은, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 실리콘에 의한 절연 피막(28)이 형성된 이산화티탄을 재료로 한 n형 금속 산화물 반도체(26)이다. 이 경우에 이산화티탄과 베이스 전극의 사이에 절연층에 의한 장벽을 가지게 된다.
양자 전지는, 밴드 갭에 형성된 에너지 준위에, 외부로부터 전압을 인가함으로써 전계를 형성하여 전자를 충만시키고, 이어서, 전극에 부하를 접속함으로써, 전자를 방출하여 에너지를 인출하고, 전지로서의 기능을 행한다. 이 현상을 반복하여 행함으로써, 2차 전지로서의 사용이 가능하다.
양자 전지의 제작 프로세스는, 기판에 기능층을 순차적으로 적층하는 프로세스로 되지만, 충전층의 기능은 가장 중요하며, 양자 전지로서의 완성을 기다리지 않고 충전층이 적층된 시점에서 평가할 수 있으면, 불량품을 커팅할 수 있어, 효율적인 양산 프로세스를 확립할 수 있을뿐아니라, 이상 개소, 불량의 특정에 의한 원인 구명(究明)이 행해져, 생산 설비의 수리, 개량 외에, 관리도 용이해진다.
도 5는, 본 발명에 의한 반도체 프로브를 나타내고 있다. 양자 전지의 제작 프로세스에 있어서 충전층 적층 후에 기능 평가를 행한다. 그리고, 충전층 적층 후란, 충전층이 적층되고, 자외선을 조사하여 충전층 내의 n형 금속 산화물 반도체에 광여기 구조 변화를 여기한 상태를 말한다.
도 5에 있어서, 반도체 프로브(50)는, 절연물인 지지체(52)에, 도전성의 금속층으로 이루어지는 전극[이하, 양자 전지의 전극과 구별하기 위해 프로브 전극(54)이라고 함]과 금속 산화물 반도체(56)를 적층한다.
금속 산화물 반도체(56)의 재료는, 피측정물의 상대적 관계, 즉 양자 전지(10)의 기능층 적층 순차에 따라서 상이하다. 도 1에 나타낸 양자 전지(10)를, 기판(12)에 n형 금속 산화물 반도체층(16)과 충전층(18)을 적층하고 있는 상태에서는, 그 위에 p형 금속 산화물 반도체층(20)과 대향 전극(22)이 적층되므로, 반도체 프로브(50)의 금속 산화물 반도체(56)는, p형 금속 산화물 반도체이며, 목적으로 하는 양자 전지(10)의 재료 및 층 두께와 같은 것으로 하고 있다.
양자 전지(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같은 기능층의 적층 순서일 필요는 없고, 기판(12) 상에, 대향 전극(22), p형 금속 산화물 반도체층(20), 충전층(18), n형 금속 산화물 반도체층(16)과 베이스 전극(14)을 순차로 적층한 구조로 해도 된다. 이 경우, 충전층(18)이 적층된 후의 평가에 사용하는 반도체 프로브(50)는, 금속 산화물 반도체(56)를 n형 금속 산화물 반도체로 한다.
본 발명에 의한 반도체 프로브(50)에서는, 도 1에 나타낸 양자 전지(10)에서의 충전층(18) 적층 후의 기능층을 형성하고, 충전층(18)이 적층된 제작 도중의 양자 전지(10)에 대하여, 충전층(18) 상에 반도체 프로브(50)를 수직으로 밀착시킨다. 이로써, 양자 전지로서의 동작을 행하게 할 수 있어, 충전층을 평가할 수 있다. 양자 전지의 충전층(18) 적층 후에서의 충전층(18)의 평가는, 반도체 프로브(50)에 프로브 전극(54)과 금속 산화물 반도체(56)를 적층한 상태로 가능하다.
그러나, 반도체 프로브(50)의 면, 즉 p형 금속 산화물 반도체(56)의 표면이 딱딱하고, 양자 전지의 충전층에 컨택트했을 때, 압압(押壓)에 의해 양자 전지의 충전층에 상흔이 생기는 경우가 있다. 충전층은, 절연성의 피막으로 덮혀져 있지만, 이 절연성의 피막은, 실리콘 등의 수지이며, 금속에 대하여는 대폭 부드러운 면으로 되어 있기 때문이다.
이 때문에, 본 발명에서는, 반도체 프로브(50)의 금속 산화물 반도체(56)에, 양자 전지의 충전층과 같은 재료로 구성한 충전층[이하, 양자 전지의 충전층과 구별하기 위해 프로브 충전층(58)이라고 함]을 더 적층하고 있다.
금속 산화물 반도체(56)는, 그 재료나 막 두께는 한정되는 것은 아니지만, 목적으로 하는 양자 전지(10)와 같은 재료로 같은 층 두께로 하는 것이 바람직하다. 양자 전지의 충전층에 대하여 전기적 특성의 평가 정밀도를 더욱 향상시키기 위해서이다.
이에 대하여 평가 시험용의 반도체 프로브(50)의 프로브 전극(54)은 도전성을 얻을 수 있으면 되고, 반드시 목적으로 하는 양자 전지(10)와 같은 재료나 층 두께로 할 필요는 없고, 금속판이나 도금판 또는 도전성 수지 등을 사용할 수 있다.
지지체(52)는, 반도체 프로브(50)를 핸들링하기 위해 적당한 형상으로 되고, 또한 절연성의 재료로 하는 것이 바람직하다. 또한, 지지체(52)에, 반도체 프로브(50)의 선단부를 충전층에 밀착시키기 위한 기능을 갖게 할 수도 할 수 있고, 이 경우, 지지체(52)를 탄성체로 하여 반도체 프로브(50)를 가압한다. 탄성체를 통해 반도체 프로브(50)의 충전층(18)과의 컨택트압을 제어하여, 적정한 압력으로 가압함으로써 밀착성을 향상시키고 있다. 구체적인 탄성체 재료는, 예를 들면, 엘라스토머(elastomer)가 있고, 각종 엘라스토머가 사용 가능하다.
지지체(52)를 탄성체로 하는 목적은, 미세한 입자로 이루어지는 충전층(18)의 요철면을 따라 적정한 컨택트압으로 반도체 프로브(50)와 양자 전지의 충전층과의 밀착성을 양호하게 하기 위한 것이며, 목적하는 바에 따라 지지체(52)의 일부를 탄성체로 하고, 고체와 탄성체를 조합한 구조로 해도 된다.
다음에, 본 발명에 의한 반도체 브로브를 사용하여 양자 전지의 전기적인 특성을 측정하는 충방전 특성 시험 장치를 설명한다.
도 6은, 본 발명에 의한 반도체 브로브를 사용한 충방전 특성 시험 장치(60)의 개략을 나타낸 도면이며, 양자 전지에서의 충전층의 충전 특성을 평가하는 경우의 개략도이다. 반도체 프로브(50)와, 정전류원(定電流源)(62)과, 피측정물으로 구성된다. 반도체 프로브(50)의 프로브 충전층(58)은, 피측정물인 양자 전지의 충전층(18)에 압력으로 밀착된다. 이로써, 양자 전지로서의 기능층이 모두 적층된 상태로 된다. 충전 특성을 평가하는 경우에는, 충방전 전류원으로서 정전류원(62)을 사용하고 있다.
피측정물로서의 양자 전지는 제조 과정에서의 도중 단계이며, 기판(12)에, 베이스 전극(14)과 n형 금속 산화물 반도체(16)과 충전층(18)이 적층되어 있다. 피측정물로서의 양자 전지로서, 예를 들면, 기판(12)에 폴리이미드 필름, 베이스 전극(14)에 동 합금을 사용하고, n형 금속 산화물층(16)에는 이산화티탄을 사용하고 있다. 또한, 충전층(18)은, 실리콘으로 피복된 이산화티탄 미립자이며, 측정 전에 자외선 조사되고 있다.
반도체 프로브(50)의 프로브 전극(54)과 양자 전지의 베이스 전극(14)을 접속하고, 정전류원(62)으로부터의 전류에 의해 프로브 충전층(58)과 양자 전지의 충전층(18)을 충전한다. 정전류원(62)에는 전압 리미터를 설치하여 상한(上限) 전압, 이 경우 양자 전지의 충전 전압으로 되는 전압값으로 설정하여, 충전층을 보호한다. 충전 전압은 전압계(64)로 측정하고, 충전 전압의 상승 특성으로부터 양자 전지의 충전 특성을 얻을 수 있다.
반도체 프로브(50)에 충전층(58)을 구비하고 있는 특징을 이용하면, 피측정물로서의 양자 전지의 제조 과정에서의 평가는, 양자 전지의 충전층을 적층하기 전의 상태에서의 전극 평가도 가능하다. 양자 전지의 기판(12)에 베이스 전극(14)을 적층한 상태에서, 반도체 프로브(50)에 의해 충전 특성을 평가하면, 베이스 전극(14)의 전극으로서의 평가를 할 수 있다. 기판(12)에, 베이스 전극(14)과 n형 금속 산화물 반도체층(16)을 적층한 상태로 해도, 마찬가지로 평가가 가능하다,
도 7은, 본 발명에 의한 반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 시험 장치(60)의 개략을 나타낸 도면이며, 양자 전지에서의 충전층의 방전 특성을 평가하는 경우의 개략도이다. 반도체 프로브(50)와, 방전 저항(66)과, 피측정물로 구성된다. 도 6에서 설명한 충전 특성을 평가하는 경우에 대하여, 정전류원(62)이 방전 저항(66)으로 전환되고 있다.
정전류원(62)에 의해 충전된 양자 전지의 충전층(18)과 프로브 충전층(58)은, 방전 저항(66)을 통하여 전류가 흘러 축적된 전기 에너지를 방출한다. 전압계(64)에 의해 방전 저항(66)의 양단의 전압을, 시간 경과와 함께 하강하는 특성을 측정함으로써 방전 특성을 얻을 수 있다.
도 8은, 충방전 특성 시험 장치(60)에 의해, 충전층이 적층된 양자 전지의 충방전 특성(70)을 측정한 결과의 일례를 나타내고 있다. 도 8에 나타낸 측정에서는, 상한 전압은 1.5 V로 하고 있다. 정전류원(62)에서의 충전은, 충전 개시와 함께 리미터 전압까지 직선적으로 전압이 상승한다. 정전류원(62)의 전류값에 따라 전압의 경사는 상이하지만, 미리 정해진 전류값에서는 일정한 경사로 되고, 통상 1sec 이하에서 측정된다. 양자 전지의 충전층(18)에 결함이 있으면 경사가 변화되고, 예를 들면, 충전층(18)이 있는 부분에 충전하지 않는 영역이 있으면, 충전량은 적어지게 되고, 도 8에 파선(破線)으로 나타낸 경사로 된다.
충전 특성의 평가 후에는, 충방전 특성 시험 장치(60)의 정전류원(62)을, 방전 저항(66)으로 전환하여 방전 특성을 평가한다. 방전 특성은, 방전 저항(66)의 저항값 RL에 의존한다. 도 8에 나타낸 방전 특성은, 저항값 RL을, 100 MΩ, 10 MΩ, 0.9 MΩ로 한 경우를 나타내고 있다. 방전 저항(66)으로 전환한 시간을 0으로 하여, 시간과 함께 방전 저항(66)의 저항값 RL에 의존한 방전 특성을 나타내고 있다.
방전 특성은, 양자 전지의 충전층(18)에 결함이 있으면 경사가 변화되고, 예를 들면, 도 8에 있어서, 방전 저항 RL이 100 MΩ의 경우에, 충전층(18)이 있는 부분에 충전하지 않는 영역이 있으면, 충전량은 적게 되어 있으므로, 도 8에 파선으로 나타낸 경사로 된다.
양자 전지의 충전층(18)을 국소적으로 측정하면, 충전층(18)의 내부의 특성 분포를 측정하는 것이 가능해진다. 이 경우, 반도체 프로브(50)의 선단 형상, 더욱 상세하게는 프로브 전극(54), 금속 산화물 반도체(56)와 프로브 충전층(58)의 적층 부분의 형상은, 충전층(18)보다 작은 면적의 정사각형, 직사각형 또는 원형이라도 되고, 양자 전지(10)의 충전층(18)을 국소적으로 평가할 수 있으면 된다.
도 9는, 반도체 프로브(50)의 일실시예의 선단부를 정면으로부터 본 도면이며, 지지체(52)로의 적층 부분은 직사각형으로 분할되어 있다. 지지체(52)의 세로 방향과 가로 방향 각각에, 프로브 전극(54), 금속 산화물 반도체(56) 및 프로브 충전층(58)의 적층부를, XY축 방향으로 5개씩 배열하여, 양자 전지의 충전층(18)을 전면적으로 커버하고 있다. 양자 전지의 충전층 영역의 크기를 8㎜×25㎜로 하면, 반도체 프로브(50)의 선단면에서는, 예를 들면, 1.3㎜×4.9㎜의 국부적(局部的) 반도체 프로브가 복수 형성된다.
충전층(18)에 대응하는 충전 대응 영역(68)은, 도 9에 있어서 파선으로 나타내고 있다. 이 반도체 프로브(50)를 사용함으로써, 충전층(18)을 부분적으로 분할한 영역에 대하여 전기적 특성을 동시에 측정할 수 있다. 그러므로, 전기적 특성의 분포나 불균일을 측정할 수 있고, 또한 분할된 각 영역의 차분 측정을 동시에 행하는 것도 가능하다.
그리고, 분할된 각 프로브 전극(54)에는, 지지체(52)에 스루홀(through hole) 전극을 형성함으로써, 각 프로브 전극에 독립적으로 충방전 전류원을 접속하는 구조로 할 수 있다.
또한, 양자 전지의 양산에서는, 1개의 기판 상에 복수의 양자 전지를 동시에 제작하지만, 피측정물로서의 양자 전지의 충전층이, 기판 상에 복수 형성되어 있는 경우에는, 모든 충전층에 대응한 반도체 프로브(50)를 일체로 구성하면, 복수의 충전층을 동시에 평가 가능해진다. 이 경우의 반도체 프로브는, 지지체(52)를 양자 전지의 전체 충전층을 커버하는 크기로서, 지지체(52) 상에, 각 충전층에 대응한 크기, 위치에, 프로브 전극(54), 금속 산화물 반도체(56)와 프로브 충전층(58)의 적층 부분이 형성된다.
반도체 프로브(50)는, 적층 부분을 지지체(52)의 평면에 형성하는 구조에 한정되는 것이 아니고, 지지체를 원통 형상으로서, 주위면에 적층 부분을 형성하는 것도 가능하다.
도 10은, 원통형 반도체 프로브(72)를 나타내고 있다. 도 10에 있어서, 원통 지지체(74)의 주위면에는, 탄성체층(76)과 프로브 전극(54), 금속 산화물 반도체(56) 및 프로브 충전층(58)이 적층되고, 프로브 충전층(58)은, 자외선 조사되고 있다. 원통 지지체(74)는 금속제의 축이며, 원통 지지체를 가압함으로써, 탄성체층(76)을 변형시켜, 피측정물과의 접촉을 어느 일정한 폭으로 할 수 있고, 또한 피측정물과의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
도 11은, 원통형 원통형 반도체 프로브(72)를 사용한 충방전 특성 시험 장치(80)의 개략도이다. 원통형 반도체 프로브(72)에 의해, 양자 전지의 충전층(18)을 측정하는 경우에는, 원통 지지체(74)를 가압하면서 회전시킨다. 이 때, 도 11에 나타낸 바와 같이, 원통형 원통형 반도체 프로브(72)는, 폭 WL로 충전층(18)과 접촉하면서 회전하여, 표면을 이동한다. 또한, 원통형 원통형 반도체 프로브(72)를 회전 가능한 상태로 고정하고, 양자 전지를 이동시켜도 된다.
충전 특성을 평가하는 경우에는, 정전류원(62)을, 원통형 반도체 프로브(72)의 프로브 전극(54)과 양자 전지의 베이스 전극(14)에 접속하여 전류를 흐르게 한다. 이 때의, 프로브 전극(54)과 베이스 전극(14) 사이의 전압을 전압계(64)와 측정함으로써 충전 특성을 얻을 수 있다.
원통형 반도체 프로브(72)를 회전시키면서 충전층(18)을 충전 시키기 때문에, 항상 일정한 전압이 측정된다.
도 12는, 원통형 반도체 프로브(72)를 사용한 충전 특성(82)의 일례이다. 세로축은 측정된 전압이며, 가로축은, 양자 전지의 충전층(18)의 폭을 WA로 하고, 충전층(18)의 위치를 x로 하고, 폭 WA로 규격화하고 있다. 전압은 1.3 V로 되어 있다. 이 전압값은, 원통형 반도체 프로브(72)의 회전 속도와 정전류원(62)의 전류값으로 정해진다. 예를 들면, 양자 전지의 충전층(18)에, 충전층(18)이 형성되지 않은 결함 개소가 있으면, 그 결함 개소는 충전 능력이 없고, 정전류(定電流)로 충전하고 있는 경우에는, 다른 정상(正常)인 상태의 충전층(18)에 전류가 흘러, 전압은 높아진다. 도 12의 파선으로 나타낸 부분이 결함 개소(84)이다. 이 평가 결과로부터, 충전층(18)의 결함 개소를 특정할 수 있다.
원통형 반도체 프로브(72)를 사용한 충전 특성은, 원통형 반도체 프로브(72)의 회전에 의해, 충전 후에 프로브 충전층(58)과 양자 전지의 충전층(18)이 이격된다. 양자 전지는 원리적으로, 충전층 중에 형성된 에너지 준위 있는 정공과, 베이스 전극(14)에서의 전자가 절연막을 통하여 쌍으로 되어 전기 에너지를 저장하고 있다.
그러므로, 충전 후에 프로브 충전층(58)과 양자 전지의 충전층(18)이 이격된 후에는, 프로브 충전층(58)의 정공은 쌍으로 되는 전자가 존재하지 않고, 프로브 전극(54)에 확산시켜 소멸한다. 한편, 양자 전지의 충전층(18)은, 전자가 축적되어 있는 베이스 전극(14)의 존재에 의해 그대로 충전층에 잔존하고 있다. 따라서, 양자 전지의 충전층(18)이 충전 후에, 원통형 반도체 프로브(72)를 사용한 방전 특성을 평가할 수 있다.
도 13은, 원통형 반도체 프로브(72)를 사용하여 충전 특성을 평가한 후에, 재차, 원통형 반도체 프로브(72)를 사용하여 방전 특성을 평가한 예이다. 세로축은 측정된 전압이며, 가로축은, 양자 전지의 충전층(18)의 폭을 WA로 하고, 충전층(18)의 위치를 x로 하고, 폭 WA로 규격화하고 있다.
방전은, 양자 전지의 충전층(18)에서의 전기 에너지뿐이며, 프로브 충전층(58)에는 전기적인 에너지가 축적되어 있지 않다. 방전 저항 RL은, 10 MΩ을 사용하고 있다. 방전 특성도 충전과 동일하게, 원통형 반도체 프로브(72)를 회전시키면서 방전시키므로 항상 일정한 전압이 측정된다. 양자 전지의 충전층(18)에 결함 개소가 있는 경우에는, 충전량이 적기 때문에, 도 13의 파선으로 나타낸 바와 같이, 결함 개소(88)의 전압이 저하되어 측정된다. 이와 같이, 방전 특성으로부터도 충전층(18)의 평가가 가능하다.
도 14는, 2개의 원통형 반도체 프로브(72)를 사용한 충방전 특성 시험 장치(90)이다. 원통형 반도체 프로브(72-1)에서는, 정전류원(62)을 사용하여 전압계(64-1)에 의해 전압을 측정하여 충전 특성을 얻는다. 충전 후의 방전 특성은, 원통형 반도체 프로브(72-1)의 나중에, 원통형 반도체 프로브(72-2)에 의해, 방전 저항(66)으로 방전 시키고, 전압계(64-2)에 의해 전압을 측정한다. 이 충방전 특성 시험 장치(90)에 의하면, 충전 특성과 방전 특성을 동시에 측정할 수 있어, 효율이 양호한 평가가 가능해진다.
도 15는, 원통형 반도체 프로브의 다른 실시예로서, 양자 전지의 베이스 전극과의 전기적 접속을 도모하기 위해, 접지 전극부를 형성한 접지 전극을 가지는 원통형 반도체 프로브(92)의 단면도이다. 원통 지지체(74)에, 충전층 측정 프로브부(94)와 병행하여, 접지 전극부(96)를 형성하고 있다.
충전층 측정 프로브부(94)는, 충방전 전원과의 접속을 위해, 탄성체층(76)과 전극(54)부의 일부는, 금속 산화물 반도체(56)와 프로브 충전층(58)으로 가리지 않고, 충방전 전원을 접속하는 충방전 전원 접속부를 설치하고 있다. 접지 전극부(96)는, 탄성체층(76-1)에 접지전극(78)을 형성하고 있다. 이 접지 전극(78)을, 양자 전지의 베이스 전극에 맞닿아, 어스로 하고 있다. 충방전 전원은, 이 충방전 전원 접속부(98)와 접지전극(78)에 접속한다.
접지 전극을 가지는 원통형 반도체 프로브(92)는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 원통 지지체(74)의 양 단부에 압력(P)을 가하여, 탄성체층(76, 76-1)을 변형시켜, 피측정물과의 밀착성을 향상시키고 있다.
도 16은, 도 15에 나타낸 접지 전극을 가지는 원통형 반도체 프로브(92)에 의해 충방전 특성을 측정하기 위한 양자 전지의 평면도이다. 기판(12)에 적층된 베이스 전극(14)은, 충전층(18)보다 넓고, 이 베이스 전극의 부분에, 접지 전극을 가지는 원통형 반도체 프로브(92)에 형성한 접지 전극부(96)를, 또한 충전층 측정 프로브부(94)를 충전층(18)에 맞닿게 하고, 회전시키면서 충방전 특성을 측정한다.
또한, 본 발명은, 반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 시험 방법을 제공하고, 도전성의 전극과 금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층과 전기 에너지를 충전하는 충전층과 지지체를 적층하여 구성된 반도체 프로브와, 피측정물과, 충방전을 행하는 충방전 전류원과, 충방전 시에서의 피측정물의 전압을 측정하는 전압계를 구비하고, 반도체 프로브를 피측정물에 맞닿게 하고, 충방전 전류원에 의해 충방전하고, 피측정물의 전압을 상기 전압계로 측정한다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 그 목적과 장점을 손상시키지 않는 적절한 변형을 포함하고, 또한 상기한 실시형태에 의한 한정은 받지 않는다.
10; 양자 전지
12; 기판
14; 베이스 전극
16; n형 금속 산화물 반도체층
18; 충전층
20; p형 금속 산화물 반도체층
22; 대향 전극
26; n형 금속 산화물 반도체
28; 절연 피막
30; 전극
32; 중간 결정층
34; n형 금속 산화물 반도체층
36; 전도대
38; 가전자대
40; 페르미 레벨
42; 자외선
44; 전자
46; 정공
48; 에너지 준위
50; 반도체 프로브
52; 지지체
54; 전극
56; 금속 산화물 반도체
58; 프로브 충전층
60, 80; 충방전 특성 시험 장치
62; 정전류원
64, 64-1, 64-2; 전압계
66; 방전 저항
68; 충전층 대응 영역
70; 양자 전지의 충방전 특성
72, 72-1, 72-2; 원통형 반도체 프로브
74; 원통 지지체
76, 76-1; 탄성체층
78; 접지 전극
82; 원통형 반도체 프로브에 의한 충전 특성
84, 88; 결함 개소
86; 원통형 반도체 프로브에 의한 방전 특성
90; 2개의 원통형 반도체 프로브에 의한 충방전 특성 시험 장치
92; 접지 전극을 가지는 원통형 반도체 프로브
94; 충전층 측정 프로브부
96; 접지 전극부
98; 충방전 전원 접속부

Claims (24)

  1. 도전성(導電性)의 전극;
    금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층;
    전기 에너지를 충전하는 충전층; 및
    지지체;
    를 적층하여 구성된, 반도체 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전층은, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체인, 반도체 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전층은, 전자(電子)를 포획하기 위해, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체에 자외선을 조사(照射)하여, 광여기(光勵起) 구조로 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하고 있는, 반도체 프로브.
  4. 제2항에 있어서,
    n형 금속 산화물 반도체는, 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연 중 어느 1종, 또는 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연의 2종 내지 3종을 조합한 복합 물질인, 반도체 프로브.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 n형 금속 산화물 반도체를 덮는 절연성 물질은, 절연성 수지 또는 무기 절연물인, 반도체 프로브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 반도체는 p형 반도체인, 반도체 프로브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 p형 반도체는, 산화 니켈 또는 동(銅) 알루미늄 산화물인, 반도체 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 반도체는 n형 반도체인, 반도체 프로브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 n형 반도체는, 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연 중 어느 1종, 또는 이산화티탄, 산화 주석, 산화 아연의 2종 내지 3종을 조합한 복합 물질인, 반도체 프로브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 도전성의 금속인, 반도체 프로브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 적어도 일부가 탄성체인, 반도체 프로브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 원통 형상인, 반도체 프로브.
  13. 제12항에 있어서,
    원통 형상의 상기 지지체에, 접지(接地) 전극부를 구비하는, 반도체 프로브.
  14. 제1항에 기재된 반도체 프로브;
    피측정물;
    충방전을 행하는 충방전 전류원; 및
    충방전 시에서의 상기 피측정물의 전압을 측정하는 전압계;
    를 포함하는 충방전 특성 시험 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 피측정물은, 기판에 도전성의 베이스 전극, 또는 베이스 전극과 n형 금속 산화물 반도체층이 적층되어 있는, 충방전 특성 시험 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 피측정물은, 기판 상에, 베이스 전극 또는 베이스 전극과 n형 금속 산화물 반도체가 적층되고, 또한 절연 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체로 이루어지는 충전층이 적층되어 있는, 충방전 특성 시험 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피측정물의 충전층은, 상기 반도체 프로브의 충전층과 같은 물질로 구성되며, 절연성 물질로 덮힌 n형 금속 산화물 반도체에 자외선을 조사하여, 광여기 구조 변화시킴으로써 밴드 갭 중에 에너지 준위를 형성하고 있는, 충방전 특성 시험 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 프로브는, 상기 피측정물의 전체면을 덮어 밀착시키는, 충방전 특성 시험 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 프로브는, 복수의 상기 피측정물의 전체면을 덮어 밀착시켜, 복수의 상기 피측정물을 동시 측정 가능한, 충방전 특성 시험 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 프로브는, 상기 피측정물의 일부를 덮어 밀착시키는, 충방전 특성 시험 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 반도체 프로브는, 지지체가 원통 형상이며, 상기 피측정물의 표면을 회전시키면서 충방전 특성을 평가하는, 충방전 특성 시험 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 지지체를 원통 형상으로 한 상기 반도체 프로브를 2개 사용하고, 한쪽의 반도체 프로브로 상기 피측정물의 충전 특성을, 다른 반도체 프로브로 상기 피측정물의 방전 특성을 평가하는, 충방전 특성 시험 장치.
  23. 도전성의 전극과, 금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층과, 전기 에너지를 충전하는 충전층과, 지지체를 적층하여 구성된 반도체 프로브;
    피측정물;
    충방전을 행하는 충방전 전류원; 및
    충방전 시에서의 상기 피측정물의 전압을 측정하는 전압계;
    를 포함하고,
    상기 반도체 프로브를 상기 피측정물에 맞닿게 하고, 상기 충방전 전류원에 의해 충방전하고, 상기 피측정물의 전압을 상기 전압계로 측정하는,
    반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 시험 방법.
  24. 도전성의 전극과, 금속 산화물 반도체로 이루어지는 금속 산화물 반도체층과, 전기 에너지를 충전하는 충전층과, 지지체를 적층하여 구성된 반도체 프로브;
    피측정물;
    상기 피측정물에 대한 충전 시에 충전을 행하는 전압원;
    상기 피측정물로부터의 방전 시에 방전을 행하는 저항; 및
    충방전 시에서의 상기 피측정물의 전류를 측정하는 전류계;
    를 포함하고,
    상기 반도체 프로브를 상기 피측정물에 맞닿게 하고, 충전 시는 상기 전압원에 의해 충전하고, 상기 피측정물의 전류를 상기 전류계로 측정하고, 방전 시는 상기 전압원을 저항으로 전환하여 상기 피측정물의 전류를 상기 전류계로 측정하는,
    반도체 프로브를 사용한 충방전 특성 시험 방법.
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