TWI498929B - 能量儲存裝置，製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法，以及包含能量儲存裝置之微電子組件與系統 - Google Patents

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Description

能量儲存裝置，製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法，以及包含能量儲存裝置之微電子組件與系統
本發明揭示的實施例通常相關於能量儲存裝置，且更明確地相關於能量儲存裝置的效能增強。
現代社會依賴能量之隨時可用性。隨著對能量需求的增加，能有效率地操作能量的裝置逐漸變得重要。因此，能量儲存裝置，包括電池、電容器、電化學電容器(EC)(包括擬電容器及電雙層電容器(EDLC)-在許多名稱中以超級電容器為人所知)、及混合EC等，已廣泛地使用在電子領域及以外的領域中。特別係電容器廣泛地用於範圍從電路及電源輸送至電壓調節及電池更換的應用中。電化學電容器的特徵係高能量儲存能力以及包括高電力密度、小尺寸、及低重量的其他可取特徵，並因此已在數種能量儲存應用中變成有希望的候選者。
上文提及的相關情形(國際專利申請案案號第PCT/US2010/029821號)揭示使用，例如，多孔矽形成高能量密度之電化學電容器的三維結構。在部分揭示實施例中，使用電化學處理以將孔深蝕刻入矽結構中，並以電解質或以高-k介電材料及/或組合有電解質之薄導電膜填充該等孔。
為了使說明簡化及明確，該等繪圖描繪構造的通用方式，且可能省略已為人熟知之特性及技術的描述及細節，以避免非必要地混淆本發明之已描述實施例的討論。此外，在該等繪圖中的元件不必然依比例繪製。例如，可能將該等圖中的部分元件的尺寸相對於其他元件誇大，以協助增進對本發明之實施例的理解。特定圖式可能以理想化方式顯示以協助理解，諸如，當將結構顯示成具有在現實世界環境中可能會明顯地較不對稱及有序的直線、銳角、及/或平面等時。不同圖中的相同參考數字指示相同的元件，而相似的參考數字可能，但不必然，指示相似的元件。
在描述及申請專利範圍中的術語「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等，若有任一者，係在相似元件間用於區分，且不必然用於描述特定順序上或時間上的次序。待理解如此使用之該等術語在適當環境下係可交換的，使得此處所描述之本發明的實施例，例如，能以與此處說明或另外描述之順序不同的順序操作。相似地，若此處將一方法描述成包含一系列步驟，此處呈現的此種步驟之次序不必然係可能執行此種步驟的唯一次序，並可能省略已述及的特定步驟且/或可能將此處未描述的其他特定步驟加至該方法。再者，術語「包含」、「包括」、「具有」、及其之任何變化傾向於涵蓋非專屬包含，使得包含元件列表的製程、方法、物件、設備不必然受限於此等元件，但可能將未明確表列之或固有的其他元件包含至此種 製程、方法、物件、或設備。
在描述及申請專利範圍中的術語「左」、「右」、「前」、「後」、「頂」、「底」、「上方」、「下方」等，若將任一者用於描述之目的，除非另外具體地或藉由上下文指示，否則不必然用於描述永久相對位置。待理解如此使用之該等術語在適當環境下係可交換的，使得此處所描述之本發明的實施例，例如，能在與此處說明或另外描述之定向不同的定向上操作。將於此處使用的術語「耦合」界定為以電性或非電性方式直接或間接連接。當對使用該片語的本文係適當時，在本文中描述為彼此「相鄰」之物件可能係彼此實體接觸、彼此緊密接近、或彼此在相同的普通區域或範圍中。在此處出現的片語「在一實施例中」不必然全部指相同的實施例。
在本發明的一實施例中，能量儲存裝置包含至少一多孔結構，該多孔結構包含多個通道，該等通道的每一者具有至該多孔結構之表面的開口。該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於至該多孔結構之該表面的該等通道開口處且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離。針對至少部分通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度，使得該等通道具有錐形或圓錐結構。
根據本發明實施例的上述通道結構將該能量儲存裝置的有效串聯電阻(ESR)最小化，至少部分由於相對較大 的通道開口容許電解質更輕易地移入及移出通道。在至少部分實施例中，可將多孔結構係以其製造的材料(例如，矽)摻雜，以更減少其電阻率。該通道結構也間接地導致可實現電容增加。此效果因為較大開口有利於原子級薄膜的沈積，諸如，電導體及高-k介電質，而發生，該等薄膜除了更減少電阻外，也可導致電容增加。
雖然此處的許多討論將聚焦在電化學電容器，除了EC外，稱號「能量儲存裝置」明顯地包括混合電化學電容器，其類似電化學電容器，將於下文更詳細地討論，以及電池、燃料電池、及儲存能量的相似裝置。根據本發明實施例的能量儲存裝置可用於各式各樣的應用，包括在個人電腦(PC)，包括桌上型及膝上型(筆記型)電腦、平板電腦、行動電話、智慧型手機、音樂播放器、伺服器、其他電子裝置、汽車、公車、火車、飛機、其他運輸交通工具、家庭能量儲存器、用於由太陽能或風能產生器，特別係能量收集裝置產生之能量的儲存器、及許多其他應用中。
電化學電容器根據與管理習知平行板電容器之原理相似的原理操作，但確實應用特定的重大差異。一顯著不同涉及電荷分隔機制。針對一種重要的EC類別，典型地採用所謂的電雙層或EDL型式，而非習知電容器的介電質。EDL係藉由離子在高表面區域電極及電解質間之介面的電化學行為產生，儘管該等層如此相近，仍導致有效率地分隔電荷。(物理分隔距離係在單奈米等級上。)因 此，可能將典型的EDL電容器視為將電荷儲存在其EDL中。EDL的各層係導電的，但雙層的性質防止電流跨越彼等之間的障壁流動。(EDL於下文相關於圖3另外討論。)
習知電容器也是如此，EDL電容器中的電容與電極的表面面積成正比並與電荷分隔距離成反比。如上文解釋的，可在EDL電容器中實現非常高的電容部分可歸因於多通道多孔結構之非常高的表面面積並可歸因於EDL的奈米尺寸電荷分隔距離，其由於電解質的存在而導致。可能根據本發明實施例使用的一種電解質係離子液體。另一種係包含含離子溶劑的電解質(例如，Li2 SO4 、LiPF6 )。也可能係有機電解質及固態電解質。
另一類別的電化學電容器係擬電容器，其中取代EDL電容的不同類型電容-起初係法拉第且不係靜電的電容-可出現在特定種類電極。此不同類型的電容稱為「擬電容」。擬電容器係行為如同電容器，但也呈現導致電荷儲存之反應的能量儲存裝置。典型地，擬電容器之電極的一者塗佈有過渡金屬氧化物，諸如，MnO2 、RuO2 、NiOx 、Nb2 O5 、V2 O5 等，或塗佈有包括Mo2 N、VN、W2 N、W2 C(碳化鎢)、Mo2 C、VC、合適的導電聚合物、或相似材料的其他材料。此等材料可使用電解質，諸如，氫氧化鉀(KOH)；當該裝置充電時，電解質將在容許能量以與電池的能量儲存具有相似性的方式儲存的反應中與材料反應。更具體地說，此等材料經由高度可逆的表面及次表面 氧化還原(法拉第)反應儲存能量，但在此同時，電雙層能量儲存機制仍保持在原位並提供用於高電力的電位。
混合電化學電容器係組合EC及電池之屬性的能量儲存裝置。在一範例中，塗佈有鋰離子材料的電極與電化學電容器組合，以產生具有EC之快速充放電特徵及電池之高能量密度的裝置。另一方面，混合EC，像是電池，具有比電化學電容器更短的預期有效期。
現在參考該等圖式，圖1及2係根據本發明實施例之能量儲存結構100的橫剖面圖。如圖1及2描繪的，能量儲存結構100包含能量儲存裝置101及支撐結構102。能量儲存裝置101包含藉由係電絕緣器及離子導體之分隔器130彼此分隔的導電結構110及導電結構120。分隔器130防止導電結構110及120彼此實體接觸，以防止電短路。(在其他實施例中，為了下文討論的原由，分隔器不係必要的並可省略。)
導電結構110及120的至少一者包含多孔結構，該多孔結構包含每一者均具有至多孔結構的表面之開口的多個通道。此特性係下文描述之用於形成多孔結構之處理的結果。例如，可能將多孔結構形成在導電或半導體材料內。或者，可能將多孔結構形成在已塗佈有導電膜(例如，原子層沈積(ALD)導電膜，諸如，氮化鈦(TiN))的絕緣材料(例如，氧化鋁)內。關於此問題，具有較大導電性的材料係有利的，因為彼等降低ESR。在說明實施例中，導電結構110及導電結構120二者均包含此種多孔結 構。因此，導電結構110包含具有至對應多孔結構的表面115之開口112的通道111，且導電結構120包含具有至對應多孔結構的表面125之開口122的通道121。
能量儲存裝置101可能有各種組態。在圖1的實施例中，例如，能量儲存裝置101包含以分隔器130在其間的方式面對面接合在一起的二不同多孔結構(亦即，導電結構110及導電結構120)。作為另一範例，在圖2的實施例中，能量儲存裝置101包含單一平面多孔結構，其中第一部(導電結構110)藉由包含分隔器130的溝槽231與第二部(導電結構120)分隔。該等導電結構的一者將係正側且另一導電結構將係負側。例如，分隔器130可係透水膜或其他多孔聚合物分隔器。通常，分隔器防止陽極與陰極的實體接觸(其可在裝置中導致電故障)，而容許離子電荷載體轉移。除了聚合物分隔器外，可能有數種其他分隔器種類。此等包括不織纖維片、液態膜、聚合物電解質、及固體離子導體等。
應注意雖然顯示於圖2中，該分隔器在此處說明的組態中可能不係必要的，因為，例如，可使用支撐結構102維持結構110及120之間的實體分隔。作為另一範例，可將導電結構110及120各者附接至會將該等二導電結構保持成彼此實體分隔的陶瓷封裝(未圖示)。
例如，導電結構110及120的多孔結構可藉由濕蝕刻處理產生，其中施用至導電結構之表面的液體蝕刻劑以與水能在岩石上刻出通道之方式至少有些相似的方式將部分 導電結構蝕除。此係為何該等通道的每一者具有至導電結構之表面的開口；該濕蝕刻法不能在多孔結構內產生完全封閉的凹陷，亦即，沒有至表面之開口的凹陷，像是陷在岩石內側的氣泡。不消說因為其他材料的存在或加入-實際上可能在數個實施例中發生-此等開口不能以其他材料覆蓋或另外封閉，但無論覆蓋與否，所描述之至表面的開口係在根據本發明至少一實施例的各多孔結構中之各通道的特性。(可能掩蓋該等開口的一實施例係在其中將作為用於電路或其他佈線的位置之磊晶矽層成長在通道頂部上的實施例)。
使用正確的蝕刻劑，應可從各式各樣的材料產生具有所描述特徵的多孔結構。不同型式的矽-包括冶金級矽、單晶矽、多晶矽、及絕緣層覆矽-係運作良好的一種材料。例如，多孔矽結構可能藉由使用氫氟酸及乙醇的混合物蝕刻矽基材而產生。更通常地，多孔矽及其他多孔結構可能藉由如陽極化及著色蝕刻的此種處理形成。根據本發明實施例的蝕刻技術將於下文更詳細地討論。
除了已提及的多孔矽外，可能特別適合根據本發明實施例之能量儲存裝置的部分其他材料係多孔鍺及多孔錫。使用多孔矽的可能優點包括其與既存矽技術的相容性。由於用於該材料的既存技術，多孔鍺享用相似的優點，且相較於矽，享用其原生氧化物(氧化鍺)係可水溶的並因此易於移除的其他可能優點。(形成在矽表面上的原生氧化物可能捕捉電荷，其係不想要的結果。)多孔鍺也與矽技 術高度相容。使用係零能帶隙材料之多孔錫的可能優點包括相關於特定其他導電及半導體材料的強化導電性。也可能將其他材料用於該多孔結構，包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化硼(BN)、碳化矽(SiC)、合金，諸如，矽及鍺的合金、及金屬，諸如，銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、及錳。
再度參照圖1及2，能量儲存結構100另外包含(在圖1描繪的實施例中)在至少一部分多孔結構上及至少部分通道111及/或通道121中的導電塗佈140。此種導電塗佈可能係必要的，以維持或強化多孔結構的導電性，或其可能有助於減少ESR，因此改善效能。例如，具有較低ESR的裝置能輸送較高電力(其可能體現於較大加速性、較多馬力等方面)。相反地，較高的ESR(普遍於典型電池內側的情況)限制可用能量之量，至少部分是因為事實上許多能量浪費為熱。
在圖1及2中描繪如上文解釋之產生EDL的電解質150。在該等圖式中，使用隨機配置的圓形表示電解質150(以及本文描述的其他電解質)。此表示意圖表達電解質係包含自由離子之物質(液體或固體，包括膠狀材料)的概念。該等圓形係為了方便而選擇，未意圖暗示對電解質成份或品質的任何限制，包括相關於該等離子之尺寸、形狀、或數量上的任何限制。
在引入電解質150後，如圖3中所概要地描畫的，將電雙層形成在多孔結構的通道內。在該圖中，電雙層330 已形成在通道111之一者內。EDL 330係由二離子層構成，彼等一者係通道111之側壁的電荷(在圖3中描畫為正電荷，但在其他實施例中可係負電荷)，且彼等的另一者係由電解質中的自由離子形成。EDL 330因此提供必要的電荷分隔，以使電容器運作。如先前解釋的，部分由於在電解質離子及電極表面電荷之間的小分隔距離(約1奈米(nm))，EDL電容器的大電容產生且因此能量儲存電位產生。
應注意多孔結構之圖1及圖2的描畫在，僅舉一個例子，將所有通道111及121顯示為僅垂直地延伸上係高度理想化的。實際上，該等通道在多個方向分岔，以產生看起來與圖4所示之多孔結構有些相似的紊亂、無序型樣。
圖4a及4b分別多孔結構400(在此情形中係多孔矽)之表面及橫剖面切片的掃描式電子顯微鏡(SEM)影像。如描繪的，多孔結構400包含多個通道411。應理解通道411可能沿著彼等長度扭曲及轉彎，使得單通道可能具有垂直及水平二部分，以及既不完全垂直也不完全水平但落於其間某處的部分。須注意在圖4b中，通道延伸成接近但未到達蝕刻結構的底部，因此在通道底下留下未蝕刻矽層402。在一實施例中，未蝕刻層402的作用如同用於多孔結構400(並用於對應的能量儲存裝置，未顯示)的支撐結構，並因此係支撐結構102的等效結構。
圖5a-5d係根據本發明的實施例之可能形成部分能量儲存裝置的多孔結構500的橫剖面圖。參考圖5a，多孔結 構500包含多個通道510，彼等每一者均開口朝向多孔結構500的表面505。各通道510具有位於表面505的端511及位於從端511沿著該通道的長度量測之距離的相對端512。在圖5a的描畫中，易於將端511視為係通道510的頂部並將端512視為係底部。然而，應理解圖5a(及圖5b-5d)中的通道描畫係高度簡化的；更真實的描畫會更符合圖4b的SEM影像，其中通道頂部及(特別係)底部至少某種程度地較未良好地界定。因為端511及512之間的實體關係的早期描述係略為開放式的，應理解位於多孔結構500內之最深處的通道部分可能與位於從端511沿著通道長度量測之最大距離的通道部分不同。在本發明的各種實施例中，可能將此等部分的任一者-或其他特定部分-指定為通道510的端512。
通道510的端511具有平均寬度513，而端512具有平均寬度514。在一實施例中，針對至少部分通道(且實際上，針對多數或全部通道)，平均寬度513大於平均寬度514，使得通道510具有錐形或圓錐形狀，該形狀在表面505具有相對寬的開口且當其更延伸入多孔結構500中時窄化。應注意平均寬度513及514的值可在不同通道510之間改變。
在其他潛在優點中，通道510在端511的相對大開口減少多孔結構500係其組件之能量儲存裝置的ESR，並也致能及有利於可增加可實現電容的處理(例如，ALD)。因為較大開口提供更多空間且因此當將物質沈積入或移入 及移出通道時對該等物質-包括電解質中的離子-產生較少電阻，實現ESR減少。此在該能量儲存裝置的使用期限的至少二階段期間係有利的：(1)在製造期間，當最先將電解質-儘可能深地-放入通道510中時，及藉由ALD、電鍍、或其他處理將各種介電及導電材料(及其他可能物質)沈積入通道中時的二期間；及(2)在操作期間，當最佳效能部分依據電解質內的離子輕易地移入及移出通道的能力時。此等二階段的所有此等處理及行動均得利於具有較大通道開口的錐形結構。再者，較大開口使移除用於產生通道的任何殘留蝕刻溶液(例如，氫氟酸)變得更容易。必須將該蝕刻溶液移除，以避免通道破裂及會以其他方式發生的其他問題。針對此等問題實施而不具有本發明實施例之優點的早期解決方案包含將高波動性戊烯等導入該蝕刻溶液中，以導致該溶液以最小表面張力乾燥，使得破裂在蒸鍍該溶液期間可能受控制。
通道之錐形結構所產生的電容增加至少部分由於表面面積增加可憑藉存在較多數量的較小通道而達成。電容正比於表面面積；增加通道數量導致表面面積增加；且通道越小，可將越多通道放入給定空間中。此係為何本發明之實施例的特性為錐形通道而非沿著整體通道長度維持相對大開口(如上文討論的，其在多孔結構的表面或附近係有利的)之尺寸的通道。
應注意與通道尺寸之此討論相關的有最佳最小寬度，低於此寬度可能會不利。此最佳最小寬度可能藉由使通道 寬度儘可能地與電解質中的分子尺寸符合而決定；實施此大幅增加可實現電容。本發明的實施例因此包括具有大至足以為電解質完整存取但小至足以-在下限之上-導致儘可能大的表面面積之通道的多孔結構。此產生具有接近其上限之相對高的孔隙率-導致本文揭示的所有優點-及接近其下限之相對低的孔隙率-對整體結構提供強化機器強度-的多孔結構。因此，本發明的部分實施例的特性係從相對大開口向下錐形化至最小平均寬度，然後在至通道之另一端的殘餘距離維持該平均寬度(亦即，未進一步尖細化)的通道。此組態的範例顯示於圖5b中，其中通道510從在端511的平均寬度513錐形化至位於端511及512之間的中間點516的平均寬度514，然後在中間點516及端512之間維持平均寬度(514)。須注意中間點516的位置僅受限於其必須位於沿著通道510的長度在端511及512之間的某處；其沿著該路徑的確切位置可能隨不同實施例改變。中間點516可能作為在通道510之上部分及下部分之間的分割線使用。
在一實施例中，該最佳最小平均通道寬度(對應於多孔結構500的寬度514)在約5nm及20nm之間。少於該最佳範圍之底部但仍略大於電解質中之離子尺寸的通道寬度接近離子移動可能開始受抑制的尺寸，其會係非期望結果。如上文提及的，電容與表面面積成比例，但僅有可為電解質存取的表面面積對電容有貢獻。在通道中有ALD膜或其他塗佈的實施例中，當決定最小平均通道寬度時， 必需將該膜或塗佈佔用的空間列入考慮。
再度參考圖4b，可能看出通道具有分支結構，該結構具有主通道及分支的較小通道。所有此等通道的側壁可能包含對多孔結構之全體表面面積提供有利貢獻的小凹洞、孔、缺口、凹陷、或凹坑-太小而無法在圖中看到的特性。此等凹洞具有遠低於最佳通道寬度範圍之下限的平均尺寸-可能為0.25nm。在部分實施例中，可能調整凹洞尺寸以緊密地對應於電解質離子的尺寸-例如，在至少半奈米內-且實施此會產生電容提高，甚至超過預期得自表面面積作用的貢獻。
正如有最佳最小平均通道寬度，也有最佳最大平均通道寬度-亦即，通道在端511的最佳平均寬度。大於該最佳最大寬度的通道寬度導致潛在表面面積損失且因此潛在電容減少。在一實施例中，最佳最大平均通道寬度(對應於多孔結構500的寬度513)係在約25nm及250nm之間，具有在約50nm及100nm之間的尺寸較佳。例如，在一實施例中，最佳通道寬度會從約50nm的最初平均寬度向下錐形化至約20nm的最小平均寬度，而該最小平均寬度係在通道的底部或在通道端之間的特定點達成。(此等值可明確地應用至電化學電容器實施例；其他實施例可能需要不同值，諸如，也許，用於電池應用之從500nm的最初平均寬度向下錐形化至100nm的平均寬度的通道。)此種通道的作用會如同漏斗-輕易地將離子洩漏入或洩漏出該開口並將彼等向下引導至通道的較深部分。
在特定實施例中，如上文建議的，至少部分通道包含上部分，從通道的第一端延伸至通道之第一端及第二端之間的中間點，及從該中間點延伸至第二端的下部分。部分此等實施例具有圖5b的結構。其他此等實施例具有顯示於圖5c中的結構-其中所有該等上部分具有平均寬度513且所有該等下部分具有平均寬度514-或顯示於圖5d中的結構-其中上及下部分不係錐形並由具有錐形側壁的中間部分分隔。其他(未描繪)通道結構也係可能的。
須注意在圖5d中，有標示在傾斜及直線部分之間的界限的二中間點516。當然，應理解使用在此上下文中的限定辭「直的」係相對術語，且此處重申比圖5a-5d之高度簡化的描畫，實際通道更相似於圖4b的實際影像-具有扭曲及分支的側壁。甚至更相關的比較可能係與圖6的比較，其係根據本發明的實施例之具有錐形孔於其中的多孔矽結構600之橫剖面切片的SEM影像。該圖包含該多孔矽結構之上部分610及下部分620的影像。該等二部分係相同樣本的一部分，並以相同比例顯示。大電流密度產生大通道。此可能藉由比較上部分610中的通道及下部分620中的通道而在該圖中看出；該上通道寬度顯著地大於下通道寬度。
多孔矽結構600係藉由將電化學蝕刻技術施用至具有0.7 mΩ-cm之最初電阻率的固態矽晶圓而製備。將氫氟酸及異丙醇的混合物使用為該蝕刻劑。(在部分實施例中，可能以乙醇取代異丙醇。)電流密度在每平方公分200毫 安培(mA/cm2 )的最初值及25mA/cm2 的最終值之間改變。(此等值中的面積成份係指矽表面的面積。)
以上討論已提及具有根據本發明實施例之各種組態的多孔結構。如上文提及的，此等多孔結構可形成在各種材料內，包括矽(以各種形式，包括冶金級矽、單晶矽、多晶矽、及絕緣層覆矽)、鍺、GaAs、InP、BN、錫、銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、錳、碳化矽、及矽-鍺合金。如也已於上文提及的，至少在部分實施例中，多孔結構係以其製造的材料可用增加其導電性的元素摻雜；此可能使用本技術中的已知標準技術完成。在一實施例中，多孔結構形成於其中的該材料係矽且摻雜劑物質係硼，其可能以，例如，1019 atoms/cm3 的濃度導入矽中。其他可能的摻雜劑包括磷及砷(雖然在蝕刻期間此等及其他n-型摻雜劑需要p-型摻雜劑不需要的照明處理)。
依賴作為通道產生技術之電化學蝕刻的本發明實施例具有將摻雜劑導入多孔結構係自其產生之該材料中的其他原因。當使用矽及HF蝕刻劑，認為高電場在缺陷及在孔的尖端吸引電洞，此輔助矽與來自蝕刻劑的氟之間的反應。認為該處理包含以液體型式形成SiF4 分子。SiF4 受推離且最終從通道洗出，留下結合至側壁然後形成泡沫化為氣體離開之H2 的氫原子。部分氫原子殘留；彼等與殘留矽原子結合。此處理朝下蝕刻通道(各向異性地)，與以各向同性方式橫向地擴展(其會簡單地研磨表面而不形成通道)相反。為最好地理解，於下文陳述額外細節(雖然 必需說多孔矽形成機制的確切細節至少仍有些不清楚)。
概括地說，在通道形成期間，半導體的直接溶解幾乎始終與氧化物的氧化及後續溶解競爭。因此，蝕刻劑(例如，HF)必需能溶解該氧化物。溶解反應且因此在半導體中形成通道的第二先決條件係電洞的可用性。與HF水溶液接觸的矽表面藉由氫而變得飽和，並傾向於相關於該電解質係化學惰性的(此在蝕刻處理期間保護通道側壁)。若將電壓施加至電極，存在於矽晶圓中的電洞開始朝向矽-電解質介面遷移。在該介面，電洞移動一矽鍵結並因此使一矽原子更易於與電解質交互作用。最後，將矽原子轉移至溶液中。將電極分解入具有最佳電流密度的區域中，且通道在幾乎沒有電流密度的區域中形成。根據不同模型，通道成長的啟動可在微凹陷、結構缺陷、機器應變區域、或表面電位場的局部擾動處開始。
在本技術中已知可實現通道寬度落入根據用於產生通道的電流密度及通道形成於其中之該材料的電阻率的範圍中。針對矽中的p-型摻雜劑物質，已觀察到最大矽電阻率約為5mΩ-cm，其會導致尺寸由本發明實施例標定的錐型通道。針對矽中的n-型摻雜劑物質，對應最大矽電阻率約為25mΩ-cm。
上述討論解決可能較容易或僅可能在半導體材料中可能蝕刻高縱橫比通道-包括錐形通道-的想法。然而，一旦形成通道，期望將儘可能多的導電性給予所產生的多孔結構及關聯的能量儲存裝置。此可能藉由將係導致矽或半 導體材料喪失其半導體性質之深層陷阱的元素導入矽(或其他半導體材料)中而完成。例如，可能藉由爐擴散將該元素導入半導體材料中。銅、及鐵等係可能適合此目的之元素的範例(因為彼等擴展入能帶隙中並針對導電性質改變材料的半導體性質)。
圖7係描繪根據本發明實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法700的流程圖。例如，方法700可能導致形成與描畫於圖5a-5d及圖6中之任何多孔結構相似的多孔結構。方法700使用電化學蝕刻處理以將通道蝕刻入基材中。該蝕刻處理持續稱為「總蝕刻時間」的時間週期。
方法700的步驟710係在總蝕刻時間的第一部分將第一電流密度的電流施加至基材。如上文間接提及的，電流密度(典型地)係以mA/cm2 量測，具有指稱基材表面面積的面積成份。
方法700的步驟720係在總蝕刻時間的第二部分將第二電流密度的電流施加至基材。
在一實施例中，總蝕刻時間的第一部分及總蝕刻時間的第二部分的合計等效於該總蝕刻時間，意謂著在蝕刻期間僅使用二電流密度。例如，此可能產生，諸如，圖5c所示的階形輪廓。
在另一實施例中，總蝕刻時間的第一部分及總蝕刻時間的第二部分的合計表現為少於該總蝕刻時間，使得該電化學蝕刻處理包括代表該總蝕刻時間之額外部分的額外時 間週期。在此實施例中，該方法可能包含針對各額外時間週期選擇電流密度，以導致該等通道錐形化，亦即，具有大致圓錐形狀。
圖8係描繪根據本發明的另一實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法800的流程圖。如上文討論的，方法800可能協助形成與描畫於圖5a-5d及圖6中之任何多孔結構相似的多孔結構。如下文討論的，在圖9a-9c中描畫根據方法800製造的多孔結構在其形成期間的各種階段的圖。
方法800的步驟810係提供具有上部分及下部分的基材。應理解依據該等上及下部分的組成物，彼等在最初可能-並可能將-在實體上係不可彼此區分的，且此處僅為了方便討論而識別。換言之，該等上及下部分，至少在最初，不係該基材之在實體上可區分的特性。例如，如在圖9a中描畫的，該基材可與具有上部分901及下部分902的基材900相似。在該圖中，上部分901及下部分902各者大致佔基材900的一半，但應理解在部分之間的此種平均分割不係必要的，且分割上及下部分的(影像)線在其他實施例中可能位於基材900內的其他特定深度。在部分實施例中，例如，部分901可能延伸至約一微米的深度而部分902從部分901的底部延伸至約10微米及300微米之間的深度。(此等實施例中的晶圓自身可能具有約300及800微米之間的厚度。)
方法800的步驟820係在基材上實施產生在該上部分 中終止之相對淺通道的第一蝕刻。例如，此等通道可與最初顯示在圖9a中的通道910相似。在一實施例中，通道910在基材900中可能大致延伸入一微米(在下文中，以「微米」或「μm」表示)。實際上將幾乎清楚地描畫在圖9a之插入部分中的該錐形結構，雖然在某些方面與本文它處討論的錐形通道結構相似，視為係在通道頂部及附近之非期望結構的象徵。雖然該等錐狀結構可能未實際發生，在具有與該結構之其餘部分的組態不同之組態的基材表面及附近有約100-nm膜狀層。此膜構成具有較小通道開口的層，且此等較小開口阻礙後續的通道形成及電解質滲透及流動性。
方法800的步驟830係移除上部分的頂層。圖9b顯示在基材900上實施步驟830的可能結果。如該圖所示，已使用，例如，KOH等將位於上部分901之頂層921內的矽犧牲層移除。在一實施例中，步驟830導致將在步驟820中受蝕刻之基材的幾乎所有-也許係95百分比-部分移除(雖然在其他實施例中，可能移除較小百分比-在一範例中為25百分比)。該處理將上膜移除，但就地留下通道910的底(較寬)端，並將彼等作為用於產生更深通道之後續蝕刻(於下文描述)的樣板925使用。隨著上膜消失，對模板之較大通道開口的存取顯著地強化，具有非常有助於產生更深(也許係錐形的)通道-可能更輕易地將各種期望塗佈及物質導入其中-的後續蝕刻的結果。
方法800的步驟840係在基材上實施第二蝕刻，該第 二蝕刻產生在下部分中終止的通道。例如，此等通道可與顯示在圖9c中的通道930相似。如上文提及的，藉由提供使用為通道930之相對大上端的開口，樣板925的作用如同用於此第二蝕刻的導引。因此，通道910的下端變成通道930的上端。雖然在圖中並不明顯，至少部分在該下部分中終止的通道可能具有錐形或圓錐形狀，該形狀可，例如，與圖5a-5d及圖6中顯示的通道相似，且彼等可使用本文揭示的任何技術產生。作為一範例，步驟840可能根據方法700的技術實施。
可能在圖10a及10b中看到由方法800產生的較大通道開口，彼等係多孔矽結構1000的表面在實施方法800之前(圖10a)及之後(圖10b)的SEM影像。二影像皆顯示在基材1000中的通道開口，但圖10a中的開口較小且為更多矽所圍繞，而圖10b中的開口較大並被更緊密地封裝。如上文討論的，圖10b的較大通道開口直接或間接導致電容增加及ESR減少。
圖11係描繪根據本發明的另一實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法1100的流程圖。例如，方法1100可能導致形成與描畫於圖5a-5d及圖6中之任何多孔結構相似的多孔結構。
方法1100的步驟1110係使用電化學處理將通道蝕刻入基材中。例如，該基材可與顯示於圖9a-9c中的基材900相似，且該等通道可與顯示於9a中的通道910相似。
方法1100的步驟1120係使用背濺鍍蝕刻使通道的第 一端錐形化。例如，實施步驟1120可能導致與顯示於圖5a-5d中的通道510相似的通道。如本技術中已為人所知的，背濺鍍蝕刻技術包含將氬氣體導入已將多孔基材置於其中的真空系統中。以電漿撞擊，且氬離子將優先蝕除通道的角落，因此產生加寬的通道開口，其係打開通道頂部的另一方式。因此可能將方法1100使用為方法800的替代方法-特別針對真空系統的增加成本不係最主要妨礙的應用。
圖12係根據本發明實施例之微電子組件1200的橫剖面圖。如圖12描繪的，微電子組件1200包含積體電路(IC)晶粒1250及與IC晶粒1250關聯的能量儲存裝置1220。在該說明實施例中，能量儲存裝置1220與描畫於圖1或2中的能量儲存裝置101相似，但具有如圖5a-5d及6之任一者所描畫的錐形或圓錐通道。然而，能量儲存裝置及通道二者的其他組態也係可能的，包括本文揭示的任何其他裝置及結構-包括通道結構。
晶粒1250具有包含界定晶粒1250之前側1255的電晶體及其他電路(未圖示)的主動區1251。例如，可將主動區電路使用為微處理器或使用在SoC(系統單晶片)中。能量儲存裝置1220包括在特定實施例中可藉由在背側1256開始蝕刻晶粒1250而形成的多孔結構1210。雖然僅顯示四個通道1211，應理解在現實中，數百或數千個通道會形成該多孔結構的一部分。若有必要，雖然圖式未反映其，可藉由以聚醯亞胺或其他合適材料密封通道而將此 等通道包含的電解質保持在原位。在特定實施例中，可使用貫矽導孔(TSV)(未圖示)將能量儲存裝置1220連接至主動區1251。
在特定實施例中，微電子組件1200可載置在基材(未圖示)上或另外附接至其。該基材-有時稱為「封裝基材」-可能包含能在晶粒1250及微電子組件1200耦合至其的次級組件(例如，電路板)之間提供電通訊的任何合適種類的基材。在另一實施例中，該基材可能包含能在晶粒1250及與微電子組件1200耦合的上IC封裝之間提供電通訊的任何合適種類的基材，且在另一實施例中，該基材可能包含能在該上IC封裝與微電子組件1200耦合至其的次級組件之間提供電通訊的任何合適種類的基材。該基材也可能提供用於晶粒1250的結構化支撐。
藉由範例的方式，在一實施例中，該基材包含堆積在核心層(介電或金屬核心之任一者)周圍的多層基材-包括介電材料及金屬之交錯層。在另一實施例中，該基材包含無核心多層基材。也可能發現其他種類的基材及基材材料為該等揭示實施例所使用(例如，陶瓷、藍寶石、及玻璃等)。另外，根據一實施例，在有時稱為「無凸塊堆積處理」的處理中，基材可能包含堆積在晶粒自身上方之介電材料及金屬的交錯層。當使用此種方法，可能不需要習知互連結構(如可能沈積在晶粒1250正上方的堆積層)。
IC晶粒1250可能包含任何種類的積體電路裝置。在 一實施例中，該晶粒包括處理系統(單核心或多核心之任一者)。例如，晶粒可能包含微處理器、圖形處理器、訊號處理器、網路處理器、晶片組等。在一實施例中，IC晶粒1250包含具有多個功能單元(例如，一或多個處理單元、一或多個圖形單元、一或多個通訊單元、一或多個訊號處理單元、及一或多個安全單元等)的系統單晶片。然而，應理解所揭示的實施例並未受限於任何特定種類或類別的IC裝置。
現在轉至圖13，描繪計算系統1300的實施例。系統1300包括設置在板1310，諸如，主機板、主板、或其他電路板上的許多組件。板1310包括側1312及相對側1314，且各種組件可能設置在側1312及1314之任一者或二者上。在說明實施例中，計算系統1300包括設置在板1310之側1312上的微電子組件1200，且微電子組件1200可能包含本文描述的任何實施例。因此，微電子組件1200可能包含晶粒(或其他微處理器)及能量儲存結構，如先前描述的。系統1300可能包含任何種類的計算系統，諸如，手持或行動計算裝置(例如，手機、智慧型手機、行動網際網路裝置、音樂播放器、平板電腦、膝上型電腦、桌上型易網電腦等)。然而，所揭示的實施例並未受限於手持及其他行動計算裝置，且此等實施例可能發現在其他種類計算系統，諸如，桌上型電腦及伺服器，中的應用。
板1310可能包含能在設置於該板上的一或多個各種組件之間提供電通訊的任何合適種類的電路板或其他基 材。在一實施例中，例如，板1310包含印刷電路板(PCB)，其包含藉由介電材料層彼此分隔並藉由導電導孔互連的多層金屬層。任何一或多個該等金屬層可能以期望電路型樣形成-也許結合其他金屬層-以在與板1310耦合的組件之間路由電訊號。然而，應理解所揭示的實施例並未受限於上述PCB，且另外，板1310可能包含任何其他合適基材。
除了能量儲存結構1350外，可能將一或多個額外組件設置在板1310的任一側或二側1312、1314上。例如，如圖式所示，可能將組件1301設置在板1310的側1312上，並可能將組件1302設置在板的相對側1314上。可能設置在板1310上的額外組件包括其他IC裝置(例如，處理裝置、記憶體裝置、訊號處理裝置、無線通訊裝置、圖形控制器及/或驅動器、音訊處理器及/或控制器等)、電源輸送組件(例如，電壓調整器及/或其他電源管理裝置、電源供應器，諸如，電池、及/或被動裝置，諸如，電容器)、及一或多個使用者介面裝置(例如，音訊輸入裝置、音訊輸出裝置、鍵板或其他資料輸入裝置，諸如，觸控螢幕顯示器、及/或圖形顯示器等)、以及此等及/或其他裝置的任何組合。在一實施例中，計算系統1300包括輻射屏障。在另一實施例中，計算系統1300包括冷卻劑。在另一實施例中，計算系統1300包括天線。在另一實施例中，系統1300可能設置在外殼或箱內。在將板1310設置在外殼內時，電腦系統1300的部分組件-例 如，使用者介面裝置、諸如，顯示器或鍵板、及/或電源供應器，諸如，電池-可能與板1310(及/或設置在此板上的組件)電性耦合，但可能與該外殼機械耦合。
雖然已參考特定實施例描述本發明，熟悉本發明之人士將理解可能產生不同的改變而未脫離本發明之精神或範圍。因此，本發明之實施例的揭示傾向於說明本發明之範圍而非意圖限制。其傾向於本發明的範圍應僅受限於後附之申請專利範圍所要求的範圍。例如，本文所討論的能量儲存裝置及相關結構及方法可能在各種實施例中實作，且該等實施例之前述特定討論不必然代表所有可能實施例的完整描述，此對熟悉本發明之人士將係顯而易見的。
此外，已描述關於特定實施例之利益、其他優點、及問題解答。然而，並不將該等利益、優點、問題解答、及任何要素、或可能導致任何利益、優點、或解答發生或變得更明確的要素解釋為任何或所有申請專利範圍之關鍵的、必須的、或基本的特性或要素。
此外，若該等實施例及/或限制：(1)未明確在申請專利範圍中主張；且(2)在等同原則下，等同於或可能等同於申請專利範圍中的表達要素及/或限制，此處揭示之實施例及限制在奉獻原則下並不奉獻給公眾。
100‧‧‧能量儲存結構
101、1220‧‧‧能量儲存裝置
102‧‧‧支撐結構
110、120‧‧‧導電結構
111、121、411、910、930、1211‧‧‧通道
112、122‧‧‧開口
115、125‧‧‧表面
130‧‧‧分隔器
140‧‧‧導電塗佈
150‧‧‧電解質
231‧‧‧溝槽
330‧‧‧電雙層
400、500、900、1210‧‧‧多孔結構
402‧‧‧未蝕刻層
505‧‧‧表面
510‧‧‧通道
511‧‧‧第一端
512‧‧‧第二端
513‧‧‧第一平均寬度
514‧‧‧第二平均寬度
516‧‧‧中間點
600、1000‧‧‧多孔矽結構
610、901‧‧‧上部分
620、902‧‧‧下部分
921‧‧‧頂層
925‧‧‧樣板
1200‧‧‧微電子組件
1250‧‧‧積體電路(IC)晶粒
1251‧‧‧主動區
1255‧‧‧前側
1256‧‧‧背側
1300‧‧‧計算系統
1301、1302‧‧‧組件
1310‧‧‧板
1312‧‧‧側
1314‧‧‧相對側
從閱讀下文之詳細描述結合圖式中採用的該等隨附圖形，將更佳的理解已揭示之該等實施例，在該等圖式中： 圖1及2係根據本發明實施例之能量儲存裝置的橫剖面圖；圖3係根據本發明實施例之形成在多孔結構的通道內之電雙層的描畫；圖4a及4b分別係多孔矽結構之表面及橫剖面切片的影像；圖5a-5d係根據本發明的實施例之可能形成部分能量儲存裝置的多孔結構的橫剖面圖；圖6係根據本發明的實施例之具有錐形孔於其中的多孔矽結構之橫剖面切片的影像；圖7係描繪根據本發明實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法的流程圖；圖8係描繪根據本發明的另一實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法的流程圖；圖9a-9c係根據本發明的實施例之根據圖8的方法製造之多孔結構在其形成期間的各種階段的橫剖面圖；圖10a及10b係多孔矽基材之表面在實施圖8的方法之前(圖10a)及之後(圖10b)的影像。
圖11係描繪根據本發明的另一實施例之製造用於能量儲存裝置的多孔結構之方法的流程圖；圖12係根據本發明實施例之微電子組件的橫剖面圖；且圖13係根據本發明實施例之包含多孔結構的計算系統的表示圖。
120‧‧‧導電結構
121‧‧‧通道
122‧‧‧開口
125‧‧‧表面
110‧‧‧導電結構
111‧‧‧通道
112‧‧‧開口
102‧‧‧支撐結構
140‧‧‧導電塗佈
150‧‧‧電解質
100‧‧‧能量儲存結構
130‧‧‧分隔器
115‧‧‧表面
101‧‧‧能量儲存裝置

Claims (38)

  1. 一種能量儲存裝置，包含：至少一多孔結構，其中該多孔結構包含多個通道，該等通道每一者均具有至該多孔結構之表面的開口，其中：該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於至該多孔結構之該表面的該等通道開口處且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離；針對至少部分該等通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度；至少部分該等通道在該通道的側壁中包含一或多個凹陷；且該等凹陷具有以超過包含在該通道中之電解質中的離子之平均尺寸不多於0.5奈米的平均尺寸。
  2. 如申請專利範圍第1項的能量儲存裝置，其中：該第一平均寬度不大於250奈米。
  3. 如申請專利範圍第1項的能量儲存裝置，其中：該第二平均寬度不少於5奈米。
  4. 如申請專利範圍第1項的能量儲存裝置，其中：至少部分該等通道具有大致圓錐的形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項的能量儲存裝置，其中：至少部分該等通道包含： 上部，從該第一端延伸至在該第一端及該第二端之間的中間點；及下部，從該中間點延伸至該第二端；且所有該等上部具有第一平均寬度。
  6. 如申請專利範圍第5項的能量儲存裝置，其中：所有該等下部具有第二平均寬度。
  7. 如申請專利範圍第1項的能量儲存裝置，其中：將該等通道形成在第一材料內；且該第一材料包含摻雜劑物質。
  8. 如申請專利範圍第7項的能量儲存裝置，其中：該第一材料係矽、單晶矽、多晶矽、絕緣層覆矽、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化硼、錫、銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、錳、碳化矽、及矽及鍺的合金之一者。
  9. 如申請專利範圍第7項的能量儲存裝置，其中：該第一材料係矽且該摻雜劑物質係硼。
  10. 如申請專利範圍第7項的能量儲存裝置，其中：該第一材料係矽；該摻雜劑物質係p-型；且該已摻雜矽具有不大於5mΩ-cm的電阻率。
  11. 一種能量儲存裝置，包含：基材，包含矽、單晶矽、多晶矽、絕緣層覆矽、鍺、GaAs、InP、BN、錫、銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、錳、碳化矽、及矽及鍺的合金之一者；至少一多孔結構，形成在該基材中，其中該多孔結構 包含具有至該多孔結構的表面之開口的多個通道，其中：該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於至該多孔結構之該表面的該等通道開口處且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離；針對至少部分該等通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度；至少部分該等通道在該通道的側壁中包含一或多個凹陷；且該等凹陷具有以超過包含在該通道中之電解質中的離子之平均尺寸不多於0.5奈米的平均尺寸。
  12. 如申請專利範圍第11項的能量儲存裝置，其中：至少部分該等通道具有大致圓錐的形狀，其中該第一平均寬度不大於250奈米且該第二平均寬度不少於5奈米。
  13. 如申請專利範圍第11項的能量儲存裝置，其中：至少部分該等通道包含：上部，從該第一端延伸至在該第一端及該第二端之間的中間點；及下部，從該中間點延伸至該第二端；且所有該等上部具有第一平均寬度。
  14. 如申請專利範圍第13項的能量儲存裝置，其中：所有該等下部具有第二平均寬度。
  15. 如申請專利範圍第11項的能量儲存裝置，其中：該基材包含摻雜劑物質。
  16. 一種用於能量儲存裝置之多孔結構的製造方法，該方法包含：使用延伸超過總蝕刻時間的電化學蝕刻處理，以藉由下列步驟將通道蝕刻入基材中：在該總蝕刻時間的第一部分，以第一電流密度將電流施加至該基材；且在該總蝕刻時間的第二部分，以第二電流密度將電流施加至該基材。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中：該總蝕刻時間的該第一部分及該總蝕刻時間的該第二部分的合計等效於該總蝕刻時間。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，其中：該總蝕刻時間的該第一部分及該總蝕刻時間的該第二部分的合計表現為少於該總蝕刻時間，使得該電化學蝕刻處理包括代表該總蝕刻時間之額外部分的額外時間週期；且該方法包含針對該等額外時間週期各者選擇電流密度，以導致該等通道具有大致圓錐的形狀。
  19. 一種用於能量儲存裝置之多孔結構的製造方法，該方法包含：設置基材；在該基材上實施第一蝕刻，該第一蝕刻產生在該基材 之上部終結的通道；將該上部分的頂層移除；且在該基材上實施第二蝕刻，該第二蝕刻產生在該基材之下部終結的通道。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中：實施該第二蝕刻更包含在至少部分該等通道的側壁中產生凹陷，該等凹陷具有以超過包含在該通道中之電解質中的離子之平均尺寸不多於0.5奈米的平均尺寸。
  21. 如申請專利範圍第19項的方法，其中：至少部分在該下部終結的該等通道具有大致圓錐的形狀。
  22. 如申請專利範圍第19項的方法，其中：在該下部終結之該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於該上部及該下部之間的邊界且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離；且針對至少部分該等通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中：該第一平均寬度不大於250奈米且該第二平均寬度不少於5奈米。
  24. 如申請專利範圍第19項的方法，其中：至少部分在該下部終結的該等通道包含： 上部，從該第一端延伸至在該第一端及該第二端之間的中間點；及下部，從該中間點延伸至該第二端；且所有該等上部具有第一平均寬度。
  25. 如申請專利範圍第24項的方法，其中：所有該等下部具有第二平均寬度。
  26. 一種用於能量儲存裝置之多孔結構的製造方法，該方法包含：使用延伸超過總蝕刻時間的電化學蝕刻處理，以藉由下列步驟將通道蝕刻入基材中：在該總蝕刻時間的第一部分，以第一電流密度將電流施加至該基材；且在該總蝕刻時間的第二部分，以第二電流密度將電流施加至該基材；且使用背濺鍍蝕刻使該等通道的第一端錐形化。
  27. 如申請專利範圍第26項的方法，其中：該等通道的該第一端具有與250奈米等大的平均寬度。
  28. 如申請專利範圍第26項的方法，其中：該基材包含矽、單晶矽、多晶矽、絕緣層覆矽、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化硼、錫、銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、錳、碳化矽、及矽及鍺的合金之一者。
  29. 一種微電子組件，包含：晶粒；及 與該晶粒關聯的能量儲存裝置，其中該能量儲存裝置包含：至少一多孔結構，其中該多孔結構包含多個通道，該等通道的每一者具有至該多孔結構之表面的開口，其中該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於至該多孔結構之該表面的該等通道開口處且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離，且針對至少部分該等通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度；其中至少部分該等通道在該通道的側壁中包含一或多個凹陷；且該等凹陷具有以超過包含在該通道中之電解質中的離子之平均尺寸不多於0.5奈米的平均尺寸。
  30. 如申請專利範圍第29項的微電子組件，其中：至少部分該等通道具有大致圓錐的形狀，其中該第一平均寬度不大於250奈米且該第二平均寬度不少於5奈米。
  31. 如申請專利範圍第29項的微電子組件，其中：至少部分該等通道包含：上部，從該第一端延伸至在該第一端及該第二端之間的中間點；及下部，從該中間點延伸至該第二端；且所有該等上部具有第一平均寬度。
  32. 如申請專利範圍第31項的微電子組件，其中：所有該等下部具有第二平均寬度。
  33. 如申請專利範圍第29項的微電子組件，其中：該多孔結構包含摻雜劑物質。
  34. 一種微電子系統，包含：板；及耦合至該板的微電子組件，其中該微電子組件包含：晶粒；及與該晶粒關聯的能量儲存裝置，其中該能量儲存裝置包含：至少一多孔結構，其中該多孔結構包含多個通道，該等通道的每一者具有至該多孔結構之表面的開口，其中該等通道的每一者具有第一端及第二端，該第一端具有第一平均寬度且該第二端具有第二平均寬度，其中該第一端位於至該多孔結構之該表面的該等通道開口處且該第二端位於以沿著該通道長度從該第一端處量測之距離，且針對至少部分該等通道，該第一平均寬度大於該第二平均寬度；其中至少部分該等通道在該通道的側壁中包含一或多個凹陷；且該等凹陷具有以超過包含在該通道中之電解質中的離子之平均尺寸不多於0.5奈米的平均尺寸。
  35. 如申請專利範圍第34項的微電子系統，其中：至少部分該等通道具有大致圓錐的形狀，其中該第一 平均寬度不大於250奈米且該第二平均寬度不少於5奈米。
  36. 如申請專利範圍第34項的微電子系統，其中：至少部分該等通道包含：上部，從該第一端延伸至在該第一端及該第二端之間的中間點；及下部，從該中間點延伸至該第二端；且所有該等上部具有第一平均寬度。
  37. 如申請專利範圍第36項的微電子系統，其中：所有該等下部具有第二平均寬度。
  38. 如申請專利範圍第34項的微電子系統，其中：該多孔結構包含摻雜劑物質。
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