TWI813688B - 積體能量儲存組分 - Google Patents
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Abstract
積體能量儲存組分(1)包括本身支撐輪廓層(3)的基板(2)，輪廓層(3)包含具有輪廓表面的區域(3a)，例如包含細長孔(3c)。在區域(3a)的輪廓表面上保形設置堆疊結構(5-8)。堆疊為MOIM層或MIOM層的單個或重複實例，M層(5、8)是金屬層或準金屬(例如TiN)，O層是含有離子的氧化物層(6)，且I層(7)是離子介電質。具有輪廓表面的區域(3a)可由多孔陽極化鋁形成。
Description
本發明涉及積體能量儲存組分的領域。
已開發出各種技術將被動元件(例如，能量儲存組分、電容裝置等)積體到例如矽晶圓的基板中/上。
人們普遍希望建構能提供高能量儲存密度的積體能量儲存組分。在這方面已嘗試過各種方法。就電容裝置來說，用於增加電容的常規方法包括降低介電層的厚度(受到施加工作電壓時避免介電擊穿的限制)，且選擇具有高介電常數的材料作為介電層的材料。
最近，已提出計畫要在輪廓表面上保形形成積體能量儲存組分的導電層及介電層(亦及，形成導電層及介電層，使得其形狀與下方表面的形狀相符)，而非採用平面層。此類型能量儲存組分可稱作「三維」組分(以將其與平面裝置區分開)。例如，村田整合被動式解決方案公司(Murata Integrated Passive Solutions)提出的PICS技術採用了三維電容組分，並允許將高密度電容組分積體到矽基板中。
近來，藉由將金屬-絕緣體-金屬(MIM)結構嵌入多孔陽極化材料(例如，多孔陽極化鋁(PAA))來製造三維電容組分。此技術提供了高度積體電容，可用於許多應用。此技術在多孔結構中實現電容堆疊(例如MIM堆疊或MIMIM堆疊)，該多孔結構形成在如矽晶圓的基板上。多孔結構可產生自沉積
在基板(例如，沉積在基板上或沉積在本身形成在基板上的一或多層上)的鋁薄層的陽極化。陽極化過程將Al轉化成多孔氧化鋁(PAA)。發生陽極化之前，鋁層上可形成遮罩，以便陽極化過程形成多孔材料的島。
先前計畫中，嵌入PAA的金屬-絕緣體-金屬結構通常採用順電介電層(主要為氧化鋁或氧化鉿)及兩個半-金屬或金屬電極(其通常由TiN或Ru或Pt製成)。PAA中形成的孔可具有高的深寬比(亦即，孔是細長的但僅具很小的口/小的截面積)。這產生了一種狹窄的幾何形狀，其中必須將材料引入該幾何形狀中以便將電容組分的金屬-絕緣體-金屬層嵌入孔中。因此，原子層沉積(ALD)製程一般用於製造嵌入式MIM結構。然而，即使在使用具有嵌入在PAA結構中的薄介電層(一般為10nm)的MIM結構的情況中，可獲得的電容也不如所期望的高：一般，不超過約<10nA.h/mm2的面能量密度。
已提出如下計畫：藉由利用能量儲存機制來增加電容組分的電容密度，該等能量儲存機制不同於通常在包括由順電材料製成的介電質的電容組分中採用的能量儲存機制。
例如，US 8,339,768提出在電容組分中利用「偽電容」(也就是法拉第電化學反應)，該等電容組分包含由塗覆有金屬氧化物的金屬奈米管(或奈米棒)製成的電極，並與電解質溶液一起使用。
US 8,830,656中提出了另一使用所謂「離子介電質」的計畫。US 8,830,656提出了如下的平面電容組分，其形成在矽基板上並採用與相對厚的固體離子介電質結合使用的金屬氧化物電極。考慮到此等材料通常位於電容器的介電質層所在的位置，且其為相對於電子的介電質，因此即使在施加電場時會通過其發生離子傳導，表述「離子介電質」仍可用於此等材料。考慮其可抵抗電子的流動，也可稱其為電子-絕緣體(「I」層)。
Chanyuan Liu等在《NATURE NANOTECHNOLOGY》2014年第
9期第1031-1039頁上發表的論文「An all-in-one nanopore battery array」，提出了一種三維能量儲存組分，其由一組並聯連接的奈米電池組成，每個電池是由一個陽極、一個陰極及一個液體電解質組成，其被限制在陽極化鋁奈米孔中，作為一種一體型的奈米裝置。
上述電池結構是由以下所完成：第一電流收集器，其設置在孔壁上且由孔的頂部向下延伸約孔高度的三分之一；以及第二電流收集器，其設置在孔壁上且由孔的底部向上延伸約孔高度的三分之一(以避免與第一電流收集器接觸；該接觸會導致短路)。可在每個電流收集器及電解質之間設置氧化物層。
然而，上述計畫存在缺陷，或者是因為其僅適合在有限的應用中使用，及/或因為其仍然沒有達到現今所需的高能量儲存密度、快速充電/放電或高充電/放電電流或足夠線性的電容/電壓關係。
有鑑於以上問題而完成了本發明。
本發明提供一種積體能量儲存組分，包含：基板；輪廓層，其由該基板所支撐且包含具輪廓表面的區域，該區域的該輪廓表面由以下所構成：由該輪廓層的該基板遠端的該表面向該基板延伸的細長孔，或遠離該基板向該輪廓層的該基板遠端的該表面延伸的細長柱；第一M層，其在該區域的該輪廓表面上保形延伸，該M層為電子導電的；第一氧化物層，其在該第一M層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該第一氧化物層含有在跨該第一氧化物層施加電位差時可移動的離子；I層，其在該第一氧化物層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該I層為由離子導體製成的電子-絕緣體層；及
第二M層，其形成在該I層上，該第二M層為電子導電的且在該區域的該輪廓表面上保形延伸；其中該第一M層、該第一氧化物層、該I層及該第二M層構成MOIM結構。
本發明進一步提供一種積體能量儲存組分，包含：基板；輪廓層，其由該基板所支撐且包含具輪廓表面的區域，該區域的該輪廓表面由以下所構成：由該輪廓層的該基板遠端的該表面向該基板延伸的細長孔，或遠離該基板向該輪廓層的該基板遠端的該表面延伸的細長柱；第一M層，其在該區域的該輪廓表面上保形延伸，該M層為電子導電的；I層，其在該第一M層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該I層為由離子導體製成的電子-絕緣體層；第一氧化物層，其在該第一I層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該第一氧化物層含有在跨該第一氧化物層施加電位差時可移動的離子；第二M層，其形成在該第一氧化物層上，該第二M層為電子導電的且在該區域的該輪廓表面上保形延伸；其中該第一M層、該I層、該第一氧化物層及該第二M層構成MIOM結構。
在根據本發明的積體能量儲存組分中，在跨第一及第二M層施加電位差時，離子導體的陽離子進入相鄰的氧化物層(此過程稱為擴散、嵌入或合金化)。在氧化物及離子導體之間的界面處或氧化物內部，對能量儲存的法拉第貢獻有所增加。此外，在電流收集器及離子導體之間存在高的電耦合比表面積。因此，根據本發明的積體能量儲存組分提供了高能量儲存密度。此外，使用固體離子導體作為「介電層」使得根據本發明的能量儲存組分能夠積體在基板內/上，從而增加了可使用該組分的應用範圍。
積體組分可包括第二氧化物層，該第二氧化物層設置在電子-絕
緣體層與相鄰的M層之間並在該區域的輪廓表面上保形延伸。在這種情況中，第一M層、氧化物層中的第一層、電子-絕緣體層、另一氧化物層及第二M層構成MOIOM結構。
離子導體可包含可提供陽離子的元素，該陽離子的離子遷移率足以使其遷移到相鄰的氧化物層中。適當元素的實例包括但不限於：Li、Na、Mg、K、Cu、Ag、Al及Zn。原子尺寸較小的元素傾向於提供具有足夠離子遷移率的陽離子。
在積體電容組分中，第一M層可由TiN、TaN或另一種準金屬或傳導電子的金屬製成。簡而言之，以下本文將M層稱為「金屬層」，縱使此等層在由非金屬製成的情況中也是如此。
氧化物層可由選自以下組成的群中的一或多種材料製成：TiO2、TiOx、TiOxNx、RuO2、RuOx、NbOx、VOx、WOx、CoOx，各自另外包含存在於離子介電質中的離子元素的原子比例。表述「原子比例」表示大於零的離子量，以在氧化物材料中存在的其他原子的比例進行測量。
在根據本發明的積體能量儲存組分中，與離子導體相鄰的氧化物層預裝載有離子。實驗結果表明，預先擴散到氧化物層中的離子的初始量與可儲存在系統中的電荷量相關。特別地，如果氧化物層沒有預裝載離子，則在組分使用期間會發生較少能量儲存。氧化物層中離子元素的原子比例可接近或等於飽和閾值。
在本發明的一些具體實例中，離子導體可為LiPON，且在這種情況中預裝載在氧化物中(且在操作期間從氧化物進入離子導體)的陽離子種類可為Li+。在這樣的具體實例中，使相鄰氧化物的材料符合以下通式可能是有益的：MxLiyPzOtNu。化學計量趨向於取決於元素M，只要其影響飽和狀態時相鄰氧化物中Li的含量即可。通常，0<x
3，0<y
4，0
z
1，0<t
5且0
u
1。M是金屬或
半導體元素，Li是鋰，P是磷，O是氧且N是氮。
離子介電層的厚度可小於100nm。更佳地，介電層的厚度可小於50nm。
離子介電層可由選自以下組成的群中的一或多種材料製成：LiPON、Li2O-Al2O3、Li7La3Zr2O12、LiAlF4及LiNbO3。
可重複在輪廓表面上保形地形成MOIM結構(或MIOM或MOIOM結構)。因此，例如，MOIMOIM結構、MIOMIOM結構或MOIOMOIOM結構可沉入多孔區域的孔中或包裹在柱上。重複結構的金屬層可作為並聯網絡連接。在這種情況中，電容密度與整個堆疊中重複結構的實例數目成比例地增大。重複結構的金屬層可作為串聯網絡連接。在這種配置中，可增加工作電壓。
在其中MOIM、MIOM或MOIOM結構嵌入多孔區域的孔中的積體能量儲存組分中，位於相鄰孔的底部的第一金屬層的部分可藉由輪廓層的多孔區域下方的導電層彼此電性連接。這種配置能夠減小等效串聯電阻。
本發明進一步提供一種製造上述積體能量儲存組分的方法。
1:電容組分
2:基板
3:輪廓層
3a:多孔區域
3b:由非陽極化鋁組成的區域
3c:孔
3d:孔
5:第一金屬層
5a:第一金屬層表面
6:第一氧化物層
7:離子介電質
8:第二金屬層
8a:第二金屬層表面
10:阻擋層
14:絕緣層
15:絕緣材料的其他部分
16:導電堆疊
18:導電材料
28:高導電層
R:區域
從以下對本發明某些具體實例的描述中，本發明的其他特徵及優點將變得顯而易見，該等描述僅以說明而非限制的方式給出並參考附圖，其中：圖1是根據本發明的第一具體實例的電容組分的簡化橫截面圖；圖2是示出在第一電壓範圍內跨MOIM結構的電流如何隨著施加的電壓而變化的伏安圖；圖3是表示圖2所示的循環伏安法中的峰值陽極及陰極電流如何隨掃描速率變化的圖；圖4A及圖4B是示出在本發明的具體實例中採用的MOIM結構中發生的電荷
儲存過程的圖，其中：圖4A示出了當施加的電壓小於或等於閾值電壓V1時發生的電荷重新分配過程，及圖4B示出了當施加電壓大於閾值電壓V1時發生的界面過程。
圖5示出了根據本發明的第三具體實例的電容組分的實施例。
本發明的具體實例提供了一種設計來用於改善能量儲存的能量儲存組分。由某些實施例具體實例的以下描述，將使本發明的原理變得清楚。實施例具體實例涉及電容組分，但是本領域技術人員將容易理解是，相同原理可應用於其他類型的能量儲存組分中。
此外，實施例具體實例涉及這樣的組分，其中在多孔區域上形成MOIM(或MIOM或MOIOM結構)，並且將MOIM結構(或MIOM或MOIOM結構)嵌入孔中。然而，本發明也可應用在MOIM、MIOM或MOIOM結構保形包裹在柱上的情況中。
在圖1中以簡化的方式示出了根據本發明的積體電容組分的第一具體實例的結構。
圖1所示的電容組分1積體在基板2上。基板可為未加工的基板(亦即，未處理的)，或者可為進行處理過的基板使得其上已存在其他電子組分。基板2可由各種材料製成，包括但不限於：矽、玻璃或聚合物。在基板2上方形成輪廓層3。在該實施例中，輪廓層3直接形成在基板2上，但可在基板2及輪廓層3之間設置中間層(例如，如同在下面描述的第三具體實例中的那樣)。
輪廓層3具有至少一個多孔區域3a及可為無孔的區域3b。在這個
實施例中，輪廓層3是藉由鋁層的陽極化形成的；多孔區域3a由多孔陽極化鋁(PAA)形成，區域3b由非陽極化鋁3b組成。多孔區域3a包含從輪廓層的遠離基板的表面朝向基板2延伸的細長孔3c。在該實施例中，孔3c為盲孔且在其靠近基板2的端部具有底部。
根據本發明的第一具體實例，將夾心(sandwich)MOIM(金屬-氧化物-離子介電質-金屬)結構嵌入多孔結構中。也就是說，在多孔區域3a的孔3c中嵌入以下層的堆疊，且各層的形狀與下方層及孔壁的形狀一致：第一金屬層5形成在多孔區域3a的PAA材料的表面上，第一氧化物層6形成在第一金屬層5上，離子介電質(電子-絕緣體)層7形成在第一氧化物層上，且第二金屬層8形成在離子介電質層7上。層-沉積過程的結果是，氧化物層6含有離子，該等離子在跨過氧化物層施加電場時是可移動的(例如，在跨第一金屬層5及第二金屬層8施加電位差的情況中)。層7由離子導體形成。藉由設置連接到圖1所示的表面5a及表面8a的端子，可實現與第一金屬層5及第二金屬層8的電性接觸。
圖2顯示了循環伏安曲線，其是藉由循環性地增加接著降低施加到MOIM堆疊的電壓(如圖1所示的電容組分中使用的電壓)。在此實施例中，MOIM結構以平面而非三維結構形成，並由以下所組成：第一Ti金屬層；LiPON離子介電質，其形成在第一Ti層上；氧化物層(TiOx)，其在LiPON於Ti上反應沉積過程中藉由氧化形成；及第二Ti金屬層。在該實施例中，各層的厚度如下：第一Ti層的厚度為250nm，LiPON層的厚度為100nm，反應性TiOx層的厚度為約10nm且第二Ti層的厚度為250nm。
在產生圖2所示結果的循環伏安法過程中，施加的電壓從0伏特循環到4伏特。每條曲線對應到不同的掃描速率(電壓變化率)。每條曲線都返回其原點，表明當施加的電壓在0-4伏特的電壓範圍內時，MOIM堆疊的行為是可逆的，因此通過推斷，在此施加電壓範圍內，堆疊中發生的電荷儲存過程是可逆
的。
在圖2中，每條曲線的正向峰對應到峰值陽極電流，而每條曲線的負向峰對應到峰值陰極電流。圖3顯示了圖2伏安曲線中峰值陽極及陰極電流如何隨掃描速率變化。
從圖3可看出，峰值電流隨掃描速率線性變化。實際上，結果與以下等式(1)所表示的關係非常吻合(R>99%)：
因此，可理解的是，施加的0-4伏特電壓範圍內的電容電流是由於表面受限的氧化還原過程(所謂的偽電容)所引起的。此外，電容值Cφ可估計為770μF.cm-2。這是沒有施加偏壓時測得的Cdl的20倍(Cdl是存在於界面處的雙層電容，但對儲存能量的貢獻可忽略不計)。
圖4A及圖4B示出在跨堆疊施加電壓(亦即，施加至第一金屬層5及第二金屬層8的電位差)時MOIM堆疊的行為圖。所示區域大致對應到圖1中標記的區域R。
陽離子的行進方向取決於跨電極施加的電壓。在充電週期中，可考慮將負電壓施加在氧化物後面的電極上(因此將Li+插入氧化物中)，而在放電循環中，將負電壓施加到另一個電極上，如圖4A中所示(因此將Li+從氧化物遷移走)。
圖4A是示出施加高達閾值V1的電壓(例如，在圖2及圖3所示的情況中為4伏)時MOIM堆疊的行為圖。當電壓E施加到電容組分的電極(即第一金屬層5及第二金屬層8)時，離子介電質7中的正離子會自身重新分佈，會發生累積/耗盡且偽電容反應會影響組分的性能。
然而，當施加大於閾值V1的電壓E時，會觀察到額外的現象。發生界面反應，導致放電過程中產生附加的電容。應當理解的是，界面反應可包括
電極(第一金屬層5及第二金屬層8)的氧化及/或來自離子介電質的正離子沉積。
閾值電壓取決於用於構成MOIM堆疊的材料而變化。閾值電壓的值通常由相對於參考電極的積體材料的氧化還原電位決定。更特別地，電壓被認為與為了啟動嵌入過程(亦即，兩個電極處的氧化還原過程)所需的電位直接相關。通常，材料以Vmin和Vmax電壓為特徵。有用的電位窗可藉由計算若干材料的電位來確定，從而預測閾值電壓。
圖4B示出在施加高於閾值V1的電壓時MOIM堆疊的行為圖。當施加高於閾值的電壓時，會發生界面反應，該界面反應在放電期間貢獻了補充電容。這些反應似乎是可逆的。
儘管仍未完全闡明界面反應的確切性質，但咸信反應可包括金屬層的氧化及/或移動陽離子(例如Li+)的沉積。在圖4B所示的實施例中，Ti及LiPON之間的界面處的氧化物中的Li+離子進一步擴散到氧化物中，且來自LiPON層的額外的Li+離子進入氧化物。在LiPON層的另一側的界面上，由於擴散而耗盡了Li+離子。咸信氧化還原反應發生在擴散平面上，並根據極性產生載子儲存/不儲存。
實驗結果表明，儲存在組分中的電荷量與氧化物中存在的離子量及/或氧化物的整體厚度相關。因此，氧化物中較佳包括高比例的Li，或更一般地，高比例的離子，該離子在操作期間將擴散到離子介電質中。有利地，包含在氧化物中的離子的量可接近最大濃度，亦即對應到飽和度。在此情況中，氧化物會以等於或接近飽和閾值的濃度預裝載離子，從而可實現出色的電荷儲存性能。
嵌入在電容組分1的輪廓層3的多孔區域3a的孔中的MOIM結構5-8使在其上發生電荷儲存機制的表面積最大化。因此，該電容組分可實現高電容密度。
在第一具體實例的變型中，電子-絕緣體層與氧化物層的位置相
反，使得電子-絕緣體層形成在第一金屬層上、第一氧化物層形成在電子-絕緣體層上且第二金屬層形成在第一氧化物層上，從而產生MIOM結構。上面關於第一具體實例的說明(用於各種層的材料、施加電場時的行為等)也適用於根據第一具體實例變型的MIOM結構。
在本發明的第二具體實例中，在離子介電層7及第二金屬層8之間設置附加的氧化物層(未示出)。因此，在第二具體實例中，MOIOM堆疊被嵌入在多孔區域3a的孔3c中。對於本發明的第一具體實例來說，利用根據第二具體實例的結構實現了高電容密度，且利用了相同類型的電荷儲存機制。
在根據第二具體實例的組分中的MOIOM堆疊中，當在組分上施加電壓時，離子導體層(I層)及兩個氧化物層(均為O層)之間的離子交換現象同時發生。
在本發明的某些具體實例中，其中嵌入了MOIM/MIOM/MOIOM堆疊的多孔材料可為導電的。
在本發明的某些其他具體實例中，其中嵌入了MOIM/MIOM/MOIOM堆疊的多孔結構可由絕緣材料製成。
圖5示出了根據本發明的第三具體實例的電容組分11。在第三具體實例中，MOIM堆疊或MIOM堆疊或MOIOM堆疊被嵌入在絕緣材料中的孔3d中。在此具體實例中，多孔結構的孔超過70%具有底部開口，此使得孔3d限定了通孔。由於空間有限的原因，圖5中繪製了單層以表示MOIM結構的氧化物層6及離子介電層7。
在該具體實例中，在基板2及輪廓層3之間設置導電堆疊16，且MOIM(或MIOM或MOIOM)堆疊的第一金屬層5在與孔的底部相對應的位置處與導電堆疊16接觸。藉由這種配置，導電堆疊16用作底部收集器，且減小了電容組分的等效串聯電阻。
在圖5所示的實施例中，導電堆疊16包含高導電層28及阻擋層10。阻擋層10用於在打開孔的底部的過程中保護金屬層28，且阻擋層10本身是合理導電的(以免減損堆疊16作為電容組分的第一電極的功能)。阻擋層10可由諸如鎢或鈦等材料製成，其在金屬的陽極化期間形成穩定的氧化物，該金屬被陽極化以形成輪廓層3的多孔區域3a。因此，陽極化過程可持續足夠長的時間以打開孔的底部，且在阻擋層中形成的氧化物防止損壞下方的金屬層28。可例如使用不損害多孔區域3a的陽極化材料的選擇性蝕刻劑來移除阻擋層氧化物。
在圖5所示的實施例中，導電材料18設置在電容組分11上方，且與第二金屬層8電性接觸。
在基板2上設置絕緣層14。相同的絕緣材料更多地填充在導電堆疊16中形成的下部隔離槽BLII中，且絕緣材料的其他部分15位於孔3d的群的下方。以類似的方式，絕緣材料16覆蓋部分導電材料18並填充上隔離槽BLIS。藉由提供這些隔離特徵，可將圖5所示的結構的多個實例一個接一個地堆疊，下方實例的電容組分電性連接至疊置實例的電容組分。
在圖5所示的實施例中，多孔結構可具有在多孔區域3a上幾乎均勻的孔徑及螺距的孔。孔徑可在80-300nm +/- 20%的範圍內變化，且孔徑可在120至500nm的範圍內。
在本發明的第四具體實例中，重複的MOIM堆疊結構(例如，MOIMOIM堆疊)嵌入設置在基板上方的輪廓層的多孔區域的孔中。
在本發明的第五具體實例中，重複的MIOM堆疊結構(例如，MIOMIOM堆疊)嵌入設置在基板上方的輪廓層的多孔區域的孔中。
在本發明的第六具體實例中，重複的MOIOM堆疊結構(例如，MOIOMOIOM堆疊)嵌入設置在基板上方的輪廓層的多孔區域的孔中。
在根據第四、第五及第六具體實例的電容組分中，M電極可作為
並聯網絡連接。在這種情況中，電容密度與基本MOIM(或MIOM或MOIOM)結構的重複數目成正比。
在根據第四、第五及第六具體實例的電容組分中，M電極可作為串聯網絡連接。在這種情況中，可增加工作電壓。
在本發明的第一至第六具體實例中，可使用各種離子介電質，包括但不限於：LiPON、Li2O-Al2O3、Li7La3Zr2O12、LiAlF4、LiNbO3等等。在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，離子介電質(I)層的厚度小於100nm。在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，離子介電質(I)層的厚度小於50nm。考慮到咸認能量儲存機制會發生在已預裝載離子的氧化物層中，因此可將離子介電層的厚度減小到50nm以下，從而可將根據本發明的MOIM或MIOM或MOIOM堆疊嵌入直徑僅為100nm的孔中。在這種情況中，可獲得優異的電荷儲存密度。
MOIM、MIOM或MOIOM層可藉由任何合適的方法形成，例如藉由原子層沉積(ALD)。
在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，第一金屬層5及第二金屬層8由TiN層或其他準金屬(TaN等)或金屬(Ti、Ta、Co等)的層形成。第一金屬層5及第二金屬層8中的每一個可具有小於30nm的厚度。
在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，界面氧化物(O)層6由選自以下組成的群中的材料形成：TiO2、TiOx、TiOxNx、RuO2、RuOx、NbOx、VOx、WOx、CoOx。氧化物層可具有大於5nm的厚度，且可包含與離子介電質中的離子元素相同的離子元素的原子比例，例如Li、Na、Mg等。可提供多種離子物質。
在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，離子導體可為LiPON，並且預裝載到相鄰氧化物中的離子可為Li+。在這樣的具體實例
中，使相鄰氧化物的材料符合通式可能是有益的：MxLiyPzOtNu，其中M是金屬或半導體元素，Li是鋰，P是磷，O是氧，N是氮，0<x
3,0<y
4,0
z
1,0<t
5且0
u
1。在本發明的第一至第六具體實例的某些較佳實施方式中，界面(O)層中離子元素的原子比例接近或等於飽和閾值。對於給定的氧化物(O)/離子元素，該閾值對應到可整合到基質材料中的離子元素的最大理論速率，其表示為離子元素的莫耳比/每莫耳基質材料的濃度比。例如，可將1莫耳的鋰插入一莫耳的無定形TiO2中，其對應到導致LiTiO2的化學計量的飽和閾值1。
可使用各種技術將離子預裝載到界面氧化物層6中，包括但不限於以下實施例：由熱預算及/或反應性氧化物表面導致的LiPON層形成的早期階段的壓入、氧化物沉積過程中的共沉積，等等。
儘管上面已經參考某些特定具體實例描述了本發明，但是應當理解的是，本發明不受特定具體實例的特殊性的限制。在所附申請專利範圍的範圍內，可在上述具體實例中做出許多變化、修飾及開發。
例如，儘管附圖示出了其中輪廓層的多孔區域僅由多孔陽極化材料組成的組分，但是應當理解的是，一些殘留的未陽極化的材料可能殘留在各個孔之間。
作為另一實施例，儘管以上描述涉及包括鋁和多孔陽極化鋁的區域的輪廓層，但是應當理解的是，可使用其他可陽極化的材料來形成輪廓層。此外，陽極化可產生氫氧化物及氧化物。
作為又一實施例，儘管圖5所示的第三具體實例示出了嵌入在孔中的MOIM結構，但是該嵌入結構可為MIOM結構、MOIOM結構、重複的MOIM結構、重複的MIOM結構或重複的MOIOM結構。
1:電容組分
2:基板
3:輪廓層
3a:多孔區域
3b:由非陽極化鋁組成的區域
3c:孔
5:第一金屬層
5a:第一金屬層表面
6:第一氧化物層
7:離子介電質
8:第二金屬層
8a:第二金屬層表面
R:區域
Claims (13)
- 一種積體能量儲存組分(1)，包含：基板(2)；輪廓層(3)，其由該基板所支撐且包含具輪廓表面的區域(3a)，該區域的該輪廓表面由以下所構成：由該輪廓層的該基板遠端的該表面向該基板延伸的細長孔(3c)，或遠離該基板向該輪廓層的該基板遠端的該表面延伸的細長柱；第一M層(5)，其在該區域的該輪廓表面上保形延伸，該第一M層為電子導電的；第一氧化物層(6)，其在該第一M層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該氧化物層具有在跨該第一氧化物層施加電位差時可移動的離子；I層(7)，其在該第一氧化物層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該I層為由離子導體製成的電子-絕緣體層；及第二M層(8)，其形成在該I層(7)上，該第二M層(8)為電子導電的且在該區域的該輪廓表面上保形延伸；其中該第一M層(5)、該第一氧化物層(6)、該I層(7)及該第二M層(8)構成MOIM結構；且該第一氧化物層(6)由選自以下組成的群中的一或多種材料製成：TiO2、TiOx、TiOxNy、RuO2、RuOx、NbOx、VOx、WOx、CoOx、或MxLiyPzOtNu製成，其中M為金屬或半導體元素，Li為鋰，P為磷，O為氧，N為氮，0<x3，0<y
4，0
z
1，0<t
5且0
u
1。
- 一種積體能量儲存組分(1)，包含：基板(2)；輪廓層(3)，其由該基板所支撐且包含具輪廓表面的區域(3a)，該區域的該輪廓表面由以下所構成：由該輪廓層的該基板遠端的該表面向該基板延伸 的細長孔(3c)，或遠離該基板向該輪廓層的該基板遠端的該表面延伸的細長柱；第一M層(5)，其在該區域的該輪廓表面上保形延伸，該第一M層為電子導電的；I層(7)，其在該第一M層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該I層為由離子導體製成的電子-絕緣體層；第一氧化物層(6)，其在該第一I層上的該區域的該輪廓表面上保形延伸，該氧化物層具有在跨該第一氧化物層施加電位差時可移動的離子；及第二M層(8)，其形成在該第一氧化物層(7)上，該第二M層(8)為電子導電的且在該區域的該輪廓表面上保形延伸；其中該第一M層(5)、該I層(7)、該第一氧化物層(6)及該第二M層(8)構成MIOM結構；且該第一氧化物層(6)由選自以下組成的群中的一或多種材料製成：TiO2、TiOx、TiOxNy、RuO2、RuOx、NbOx、VOx、WOx、CoOx、或MxLiyPzOtNu製成，其中M為金屬或半導體元素，Li為鋰，P為磷，O為氧，N為氮，0<x3，0<y
4，0
z
1，0<t
5且0
u
1。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該離子導體包含選自包含以下群中的元素的離子：Li、Na、Mg、K、Cu、Ag、Al及Zn。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該第一M層(5)由TiN、TaN或其他準金屬或金屬製成。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該第一氧化物層(6)包含存在於該離子導體中的該離子的原子比例。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該離子導體為LiPON，且該第一氧化物層(6)由MxLiyPzOtNu製成，其中M為金屬或半導體元素，Li為鋰，P為磷，O為氧，N為氮，0<x3，0<y
4，0
z
1，0<t
5且0
u
1。
- 如請求項5之積體能量儲存組分，其中該第一氧化物層(6)中的該離子元素的該原子比例接近或等於該飽和閾值。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該電子-絕緣體層(7)的厚度小於100nm。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該電子-絕緣體層(7)由選自以下組成的群中的一或多種材料製成：LiPON、Li2O-Al2O3、Li7La3Zr2O12、LiAlF4及LiNbO3。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中在該區域(3a)的該輪廓表面上保形地設置重複的MOIM或重複的MIOM結構。
- 如請求項10之積體能量儲存組分，其中該重複結構的該等M層(5、8)被連接為平行網絡。
- 如請求項10之積體能量儲存組分，其中該重複結構的該等M層(5、8)被連接為串聯網絡。
- 如請求項1或2之積體能量儲存組分，其中該輪廓區域為多孔區域(3a)，且位於相鄰孔(3c)的底部的該第一M層(5)的部分藉由位於該輪廓層的該多孔區域(3a)下方的導電層(10、28)彼此電性連接。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200636834A (en) * | 2005-01-27 | 2006-10-16 | Ibm | Gate stack engineering by electrochemical processing utilizing through-gate-dielectric current flow |
| US20080291601A1 (en) * | 2005-11-08 | 2008-11-27 | Nxp B.V. | Integrated Capacitor Arrangement for Ultrahigh Capacitance Values |
| WO2010093761A1 (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-19 | Anocap, Llc | Sintered and nanopore electric capacitor, electrochemical capacitor and battery and method of making the same |
| US20140183694A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Donald S. Gardner | Energy storage devices formed with porous silicon |
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|---|---|---|---|---|
| US6261895B1 (en) * | 1999-01-04 | 2001-07-17 | International Business Machines Corporation | Polysilicon capacitor having large capacitance and low resistance and process for forming the capacitor |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200636834A (en) * | 2005-01-27 | 2006-10-16 | Ibm | Gate stack engineering by electrochemical processing utilizing through-gate-dielectric current flow |
| US20080291601A1 (en) * | 2005-11-08 | 2008-11-27 | Nxp B.V. | Integrated Capacitor Arrangement for Ultrahigh Capacitance Values |
| WO2010093761A1 (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-19 | Anocap, Llc | Sintered and nanopore electric capacitor, electrochemical capacitor and battery and method of making the same |
| US20140183694A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Donald S. Gardner | Energy storage devices formed with porous silicon |
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