JP2022134391A - Structure and manufacturing method thereof, capacitor, all-solid-state battery, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、構造体及びその製造方法、キャパシタ、全固体電池、並びに電子機器に関する。 The present embodiment relates to a structure and its manufacturing method, a capacitor, an all-solid-state battery, and an electronic device.
近年、電子機器等の用途に適し、急速充放電及び長寿命化が可能なキャパシタ及び電池等が注目されている。電子機器が小型化及び高集積化されるにつれてキャパシタ及び電池等のサイズも小さくなっているが、電子機器の小型化及び高集積化に合わせてキャパシタ及び電池等の性能も向上させる必要がある。 BACKGROUND ART In recent years, attention has been paid to capacitors, batteries, and the like, which are suitable for use in electronic devices and the like and are capable of rapid charge/discharge and long life. As electronic devices become smaller and more highly integrated, the sizes of capacitors, batteries, etc. are also becoming smaller. However, it is necessary to improve the performance of capacitors, batteries, etc. along with the miniaturization and higher integration of electronic devices.
例えば、特許文献１には、シリコン基板にトレンチを形成し、トレンチ内のシリコン基板側壁の表面に異方性エッチングを施すことにより、トレンチ内のシリコン基板側壁の表面が凸凹になり、トレンチ側壁の表面積を増加させてコンデンサ（キャパシタ）の電荷保持能力を向上させていることが記載されている。
For example, in
また、特許文献２には、平面視で矩形の環状に形成された凹部を有する半導体基板を用いることにより、占有面積に対する容量をより大きくしているキャパシタが記載されている。 Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 describes a capacitor that uses a semiconductor substrate having a concave portion that is formed in a rectangular annular shape in a plan view, thereby increasing the capacitance relative to the occupied area.
さらに、特許文献３には、トレンチの側面のうち上下方向に沿って延びる側壁の上端から下端まで複数の側壁スキャロップを形成することにより、単位面積あたりの発生容量を向上させることができるトレンチキャパシタが記載されている。 Further, Patent Document 3 discloses a trench capacitor capable of improving the generated capacitance per unit area by forming a plurality of side wall scallops from the upper end to the lower end of the side walls of the trench that extend along the vertical direction. Have been described.
単位面積あたりの発生容量を向上させるためにトレンチ構造が採用されており、当該トレンチ構造は、基材をエッチングすることにより形成される。しかしながら、ドットパターンのトレンチ構造を形成する際、小型化及び高集積化させるためにドットの径及びピッチ等を小さくするとエッチングに用いるエッチャントが隅々まで行きわたらなく、エッチング安定性が低下するおそれがある。また、ラインパターンのトレンチ構造を形成する際も同様に、小型化及び高集積化させるためにライン幅を小さくするとエッチングに用いるエッチャントが隅々まで行きわたらなく、エッチング安定性が低下し、さらにトレンチの中央付近の機械強度は低くなってしまうおそれがある。 A trench structure is employed to improve the capacitance generated per unit area, and the trench structure is formed by etching the base material. However, when forming a dot-patterned trench structure, if the diameter and pitch of the dots are reduced in order to achieve miniaturization and high integration, the etchant used for etching cannot reach every corner, and there is a risk that the etching stability will decrease. be. Similarly, when forming a trench structure of a line pattern, if the line width is reduced for miniaturization and high integration, the etchant used for etching cannot reach every corner, and the etching stability is lowered. There is a risk that the mechanical strength near the center of the will be low.
上記の問題を鑑み、本実施形態の一態様は、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能なキャパシタ又は全固体電池等に少なくとも用いることができる構造体を提供する。また、本実施形態の他の一態様は、当該構造体を備えるキャパシタを提供する。また、本実施形態の他の一態様は、当該構造体を備える全固体電池を提供する。また、本実施形態の他の一態様は、当該構造体、当該キャパシタ、又は当該全固体電池のいずれかを備える電子機器を提供する。 In view of the above problems, one aspect of the present embodiment provides a structure that can be used at least for a capacitor, an all-solid battery, or the like that can maintain mechanical strength and increase the generated capacity per unit area. offer. Another aspect of the present embodiment provides a capacitor including the structure. Another aspect of the present embodiment provides an all-solid-state battery including the structure. Another aspect of the present embodiment provides an electronic device including any one of the structure, the capacitor, and the all-solid-state battery.
本実施形態は、複数の溝部を有するパターンセルを小さい領域で区切り、当該パターンセルを並べることにより、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能なキャパシタ又は全固体電池等に少なくとも用いることができる構造体を得ることができる。実施形態の一態様は以下のとおりである。 In the present embodiment, pattern cells having a plurality of grooves are divided into small regions and the pattern cells are arranged to maintain mechanical strength and increase the generated capacitance per unit area. A structure that can be used at least for a solid battery or the like can be obtained. One aspect of the embodiment is as follows.
本実施形態の一態様は、第１のパターンセルと、第２のパターンセルと、を備え、前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルのそれぞれは、複数の溝部と、前記複数の溝部によって互いに独立して形成された複数の内壁部と、前記溝部の深さ方向から視て前記複数の溝部と前記複数の内壁部とを囲み、かつ、前記複数の内壁部の両端に接続された外壁部と、を有し、前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接して配置され、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なる、構造体である。 One aspect of this embodiment comprises a first pattern cell and a second pattern cell, wherein each of the first pattern cell and the second pattern cell includes a plurality of grooves and a plurality of grooves. a plurality of inner wall portions formed independently of each other by groove portions; an outer wall portion of the first pattern cell and an outer wall portion of the second pattern cell are arranged adjacent to each other, and the longitudinal direction of the groove portion of the first pattern cell is , different from the longitudinal direction of the trench of the second pattern cell.
また、本実施形態の他の一態様は、上記構造体を備えるキャパシタである。 Another aspect of this embodiment is a capacitor including the structure.
また、本実施形態の他の一態様は、上記構造体を備える全固体電池である。 Another aspect of the present embodiment is an all-solid-state battery including the structure.
また、本実施形態の他の一態様は、上記構造体、上記キャパシタ、及び上記全固体電池からなる群より選択されるいずれかを備える電子機器である。 Another aspect of the present embodiment is an electronic device including one selected from the group consisting of the structure, the capacitor, and the all-solid-state battery.
また、本実施形態の他の一態様は、複数の溝部と、前記複数の溝部によって互いに独立して形成された複数の内壁部と、前記溝部の深さ方向から視て前記複数の溝部と前記複数の内壁部とを囲み、かつ、前記複数の内壁部の両端に接続された外壁部と、を有する、第１のパターンセル及び第２のパターンセルを用意し、前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接し、かつ、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なるように配置する、構造体の製造方法である。 Further, another aspect of the present embodiment includes: a plurality of grooves; a plurality of inner wall portions formed independently by the plurality of grooves; a first pattern cell and a second pattern cell having outer wall portions surrounding a plurality of inner wall portions and connected to both ends of the plurality of inner wall portions; The outer wall portion and the outer wall portion of the second pattern cell are adjacent to each other, and the longitudinal direction of the groove of the first pattern cell is different from the longitudinal direction of the groove of the second pattern cell. It is a method of manufacturing a structure to arrange.
本実施形態によれば、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能なキャパシタ又は全固体電池等に少なくとも用いることができる構造体を提供することができる。また、当該構造体を備えるキャパシタを提供することができる。また、当該構造体を備える全固体電池を提供することができる。また、当該構造体、当該キャパシタ、又は当該全固体電池のいずれかを備える電子機器を提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a structure that can be used at least for a capacitor, an all-solid battery, or the like, which is capable of maintaining mechanical strength and increasing the capacity generated per unit area. Also, a capacitor including the structure can be provided. Moreover, an all-solid-state battery including the structure can be provided. Further, an electronic device including any one of the structure, the capacitor, and the all-solid-state battery can be provided.
次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, this embodiment will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings described below, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each component and the planar dimensions, etc., differs from the actual one. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined with reference to the following description. In addition, it goes without saying that there are portions with different dimensional relationships and ratios between the drawings.
また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments shown below are examples of apparatuses and methods for embodying technical ideas, and do not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of each component. Various modifications can be made to this embodiment within the scope of the claims.
具体的な本実施形態の一態様は、以下の通りである。 One specific aspect of this embodiment is as follows.
＜１＞ 第１のパターンセルと、第２のパターンセルと、を備え、前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルのそれぞれは、複数の溝部と、前記複数の溝部によって互いに独立して形成された複数の内壁部と、前記溝部の深さ方向から視て前記複数の溝部と前記複数の内壁部とを囲み、かつ、前記複数の内壁部の両端に接続された外壁部と、を有し、前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接して配置され、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なる、構造体。 <1> A first pattern cell and a second pattern cell are provided, and the first pattern cell and the second pattern cell are independent from each other by a plurality of grooves and the plurality of grooves, respectively. an outer wall portion surrounding the plurality of groove portions and the plurality of inner wall portions when viewed from the depth direction of the groove portion and connected to both ends of the plurality of inner wall portions; , the outer wall portion of the first pattern cell and the outer wall portion of the second pattern cell are arranged adjacent to each other, and the longitudinal direction of the groove portion of the first pattern cell extends along the second A structure that is different from the longitudinal direction of the grooves of the pattern cell.
＜２＞ 前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルのそれぞれは正多角形である、＜１＞に記載の構造体。 <2> The structure according to <1>, wherein each of the first pattern cell and the second pattern cell is a regular polygon.
＜３＞ 前記正多角形は、正三角形、正方形、及び正六角形からなる群より選択される少なくともいずれか一つである、＜２＞に記載の構造体。 <3> The structure according to <2>, wherein the regular polygon is at least one selected from the group consisting of regular triangles, squares, and regular hexagons.
＜４＞ 前記第２のパターンセルの表面を基準面としたとき、前記基準面内において、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向から９０°ずれている、＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載の構造体。 <4> When the surface of the second pattern cell is used as a reference plane, the longitudinal direction of the groove of the first pattern cell is the longitudinal direction of the groove of the second pattern cell in the reference plane. The structure according to any one of <1> to <3>, which is shifted by 90° from
＜５＞ 前記第２のパターンセルの表面を基準面としたとき、前記基準面内において、前記第１のパターンセルは、前記第２のパターンセルを回転させたパターンセルと同一である、＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載の構造体。 <5> When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane, the first pattern cell is the same as the rotated pattern cell of the second pattern cell in the reference plane. The structure according to any one of 1> to <4>.
＜６＞ 前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルにおいて、前記複数の溝部のそれぞれの短手方向の幅は０．１～１０μｍであり、前記複数の溝部のそれぞれの深さは１～１０００μｍである、＜１＞～＜５＞のいずれか一項に記載の構造体。 <6> In the first pattern cell and the second pattern cell, each of the plurality of grooves has a lateral width of 0.1 to 10 μm, and each of the plurality of grooves has a depth of 1. The structure according to any one of <1> to <5>, which is up to 1000 μm.
＜７＞ 前記第１のパターンセルにおいて、前記複数の溝部の短手方向の幅はそれぞれ同一であり、前記複数の溝部の深さはそれぞれ同一であり、前記第２のパターンセルにおいて、前記複数の溝部の短手方向の幅はそれぞれ同一であり、前記複数の溝部の深さはそれぞれ同一である、＜６＞に記載の構造体。 <7> In the first pattern cell, the plurality of trenches have the same width in the width direction, and the plurality of trenches have the same depth, and in the second pattern cell, the plurality of The structure according to <6>, wherein widths of the grooves in the widthwise direction are the same, and depths of the plurality of grooves are the same.
＜８＞ 前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルのそれぞれの外壁部の一辺の長さは、５０～５００μｍである、＜１＞～＜７＞のいずれか一項に記載の構造体。 <8> The structure according to any one of <1> to <7>, wherein the outer wall portions of the first pattern cell and the second pattern cell each have a side length of 50 to 500 μm. body.
＜９＞ 前記第１のパターンセルにおける前記外壁部の一辺の長さは、前記第２のパターンセルにおける前記外壁部の一辺の長さと同一である、＜８＞に記載の構造体。 <9> The structure according to <8>, wherein the length of one side of the outer wall in the first pattern cell is the same as the length of one side of the outer wall in the second pattern cell.
＜１０＞ 前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルは、単結晶シリコンを含む材料からなる、＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載の構造体。 <10> The structure according to any one of <1> to <9>, wherein the first pattern cell and the second pattern cell are made of a material containing single crystal silicon.
＜１１＞ ＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載の構造体を備えるキャパシタ。 <11> A capacitor comprising the structure according to any one of <1> to <9>.
＜１２＞ ＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載の構造体を備える全固体電池。 <12> An all-solid battery comprising the structure according to any one of <1> to <10>.
＜１３＞ ＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載の構造体、＜１１＞に記載のキャパシタ、及び＜１２＞に記載の全固体電池からなる群より選択されるいずれかを備える電子機器。 <13> Any one selected from the group consisting of the structure according to any one of <1> to <10>, the capacitor according to <11>, and the all-solid-state battery according to <12> Electronics.
＜１４＞ 複数の溝部と、前記複数の溝部によって互いに独立して形成された複数の内壁部と、前記溝部の深さ方向から視て前記複数の溝部と前記複数の内壁部とを囲み、かつ、前記複数の内壁部の両端に接続された外壁部と、を有する、第１のパターンセル及び第２のパターンセルを用意し、前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接し、かつ、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なるように配置する、構造体の製造方法。 <14> a plurality of grooves, a plurality of inner walls independently formed by the plurality of grooves, surrounding the plurality of grooves and the plurality of inner walls when viewed from the depth direction of the grooves, and , and outer wall portions connected to both ends of the plurality of inner wall portions. are adjacent to each other, and the longitudinal direction of the trench of the first pattern cell is different from the longitudinal direction of the trench of the second pattern cell.
＜１５＞ 前記第２のパターンセルの表面を基準面としたとき、前記基準面内において、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向が、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向から９０°ずれるように配置する、＜１４＞に記載の構造体の製造方法。 <15> When the surface of the second pattern cell is used as a reference plane, the longitudinal direction of the groove of the first pattern cell is the longitudinal direction of the groove of the second pattern cell in the reference plane. The method for manufacturing the structure according to <14>, wherein the structure is arranged so as to deviate from 90°.
＜１６＞ 前記第２のパターンセルの表面を基準面としたとき、前記基準面内において、前記第１のパターンセルは、前記第２のパターンセルを回転させたパターンセルと同一である、＜１４＞又は＜１５＞に記載の構造体の製造方法。 <16> When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane, the first pattern cell is the same as the rotated pattern cell of the second pattern cell in the reference plane. 14> or <15>.
＜構造体＞
本実施形態に係る構造体について図面を用いて説明する。
<Structure>
A structure according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
図１は、構造体１００を説明する平面図である。図２は、図１の構造体１００中のパターンセル１０の部分平面図である。図３は、図２のパターンセル１０のＹ－Ｙ′線に沿う部分断面図である。図４は、図１の構造体１００中のパターンセル２０の部分平面図である。図５は、図４のパターンセル２０のＸ－Ｘ′線に沿う部分断面図である。構造体１００は、パターンセル１０及びパターンセル２０を備える。具体的には、パターンセル１０及びパターンセル２０が図１に示すＸ方向及びＹ方向のそれぞれに交互に配置されている。
FIG. 1 is a plan view illustrating the
パターンセル１０は、図２に示すように、複数の溝部１１と、複数の溝部１１によって互いに独立して形成された複数の内壁部１２と、溝部１１の深さ方向（Ｚ方向）から視て複数の溝部１１と複数の内壁部１２とを囲み、かつ、複数の内壁部１２の両端に接続された外壁部１３と、を有する。同様に、パターンセル２０は、図４に示すように、複数の溝部２１と、複数の溝部２１によって互いに独立して形成された複数の内壁部２２と、溝部２１の深さ方向（Ｚ方向）から視て複数の溝部２１と複数の内壁部２２とを囲み、かつ、複数の内壁部２２の両端に接続された外壁部２３と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
構造体１００は、パターンセル１０の外壁部１３とパターンセル２０の外壁部２３とが互いに隣接して配置されている。
In the
本実施形態において、パターンセル１０の溝部１１の長手方向をＸ方向、パターンセル１０の溝部１１の短手方向をＹ方向、溝部１１の深さ方向をＺ方向とする。
In this embodiment, the longitudinal direction of the
また、図３に示すように、パターンセル１０の溝部１１の短手方向の幅Ｗ１１は０．１～１０μｍであることが好ましく、１～８μｍであることがより好ましい。また、パターンセル１０の溝部１１の深さＤ１０は１～１０００μｍであることが好ましく、１０～８００μｍであることがより好ましい。また、複数の溝部１１の短手方向の幅Ｗ１１はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、生産性の観点から、複数の溝部１１の短手方向の幅Ｗ１１はそれぞれ同一であると好ましい。さらに、複数の溝部１１の深さＤ１０は同一であってもよいし、異なっていてもよく、生産性の観点から、複数の溝部１１の深さＤ１０は同一であると好ましい。
Further, as shown in FIG. 3, the width W11 of the groove portion 11 of the
キャパシタ又は全固体電池等に上記のような範囲の幅Ｗ１１又は深さＤ１０である溝部１１を備えるパターンセル１０を含む構造体１００を用いることにより、単位面積当たりの発生容量をより増加することができる。
By using the
同様に、図５に示すように、パターンセル２０の溝部２１の短手方向の幅Ｗ２１は０．１～１０μｍであることが好ましく、１～８μｍであることがより好ましい。また、パターンセル２０の溝部２１の深さＤ２０は１～１０００μｍであることが好ましく、１０～８００μｍであることがより好ましい。また、複数の溝部２１の短手方向の幅Ｗ２１はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよく、生産性の観点から、複数の溝部２１の短手方向の幅Ｗ２１はそれぞれ同一であると好ましい。さらに、複数の溝部２１の深さＤ２０は同一であってもよいし、異なっていてもよく、生産性の観点から、複数の溝部２１の深さＤ２１は同一であると好ましい。
Similarly, as shown in FIG. 5, the width W 21 of the
キャパシタ又は全固体電池等に上記のような範囲の幅Ｗ２１又は深さＤ２０である溝部２１を備えるパターンセル２０を含む構造体１００を用いることにより、単位面積当たりの発生容量をより増加することができる。
By using the
また、パターンセル１０の溝部１１の長手方向は、パターンセル２０の溝部２１の長手方向と異なっている。例えば、本実施形態の構造体１００では、パターンセル１０の溝部１１の長手方向はＸ方向であるのに対し、パターンセル２０の溝部２１の長手方向はＹ方向である。つまり、パターンセル２０の表面を基準面としたとき、当該基準面内において、パターンセル１０の溝部１１の長手方向は、パターンセル２０の溝部２１の長手方向から９０°ずれている。
Further, the longitudinal direction of the
パターンセルの溝部の長手方向の長さが長いと溝部の中央付近の機械強度が両端部より低くなる。このため、パターンセルを小さい領域で区切り、当該パターンセルを並べることにより、機械強度を保持している。本実施形態では、例えば、図２及び図４に示すパターンセル１０の外壁部１３の一辺の長さＴ１０及びパターンセル２０の外壁部２３の一辺の長さＴ２０は、５０～５００μｍである。また、パターンセル１０の外壁部１３の一辺の長さＴ１０は、パターンセル２０の外壁部２３の一辺の長さＴ２０と同一であってもよいし、異なっていてもよく、生産性の観点から、パターンセル１０の外壁部１３の一辺の長さＴ１０はパターンセル２０の外壁部２３の一辺の長さＴ２０と同一であると好ましい。
If the length of the groove of the pattern cell in the longitudinal direction is long, the mechanical strength near the center of the groove is lower than that at both ends. Therefore, the mechanical strength is maintained by dividing the pattern cells into small areas and arranging the pattern cells. In this embodiment, for example, the length T10 of one side of the
上記のような溝部の長手方向がお互いに異なる２種以上の小さい領域で区切られたパターンセルが並んでいる構造体は、パターンセルの溝部の中央付近の機械強度を、長手方向が異なる他種のパターンセルで挟むことによって保持している。 In the structure in which pattern cells separated by two or more small regions with different longitudinal directions of the grooves are arranged, the mechanical strength near the center of the grooves of the pattern cells is reduced to that of other types with different longitudinal directions. It is held by being sandwiched between pattern cells.
また、パターンセル２０の表面を基準面としたとき、当該基準面内において、回転させるとパターンセル１０と同一になるパターンセル２０を用いると生産性の観点から好ましい。
From the standpoint of productivity, it is preferable to use a
パターンセルの形状は、正多角形であると好ましい。正多角形にすることにより、規則的にパターンセルを配置できるため、単位面積当たりの溝部を増加させることが可能である。キャパシタ又は全固体電池等に正多角形であるパターンセルを含む構造体を用いることにより、単位面積当たりの発生容量をより増加することができる。 The shape of the pattern cells is preferably a regular polygon. Since the pattern cells can be arranged regularly by using regular polygons, it is possible to increase the number of grooves per unit area. By using a structure including regular polygonal pattern cells in a capacitor, an all-solid-state battery, or the like, it is possible to further increase the capacity generated per unit area.
上記の正多角形は、例えば、正三角形、正方形、又は正六角形等が挙げられる。 Examples of the above regular polygons include regular triangles, squares, regular hexagons, and the like.
図６に示す構造体２００は、正六角形のパターンセル３０が複数並んで配置されており、パターンセル３０は、複数の溝部３１と、複数の溝部３１によって互いに独立して形成された複数の内壁部３２と、溝部３１の深さ方向から視て複数の溝部３１と複数の内壁部３２とを囲み、かつ、複数の内壁部３２の両端に接続された外壁部３３と、を有する。溝部３１の短手方向の幅及び深さは上記のパターンセル１０と同様の幅及び深さの範囲を用いることができる。
In the
パターンセル３０の表面を基準面としたとき、当該基準面内において、一部のパターンセル３０を６０°回転させて、隣り合うパターンセル３０同士のうち、一方のパターンセル３０の溝部３１の長手方向を他方のパターンセル３０の溝部３１の長手方向と異なるように配置している。また、一方のパターンセル３０の外壁部３３と他方のパターンセル３０の外壁部３３とが互いに隣接して配置されている。
When the surface of the
図７に示す構造体３００は、正三角形のパターンセル４０が複数並んで配置されており、パターンセル４０は、複数の溝部４１と、複数の溝部４１によって互いに独立して形成された複数の内壁部４２と、溝部４１の深さ方向から視て複数の溝部４１と複数の内壁部４２とを囲み、かつ、複数の内壁部４２の両端に接続された外壁部４３と、を有する。溝部４１の短手方向の幅及び深さは上記のパターンセル１０と同様の幅及び深さの範囲を用いることができる。
In the
パターンセル４０の表面を基準面としたとき、当該基準面内において、一部のパターンセル４０を６０°回転させて、隣り合うパターンセル４０同士のうち、一方のパターンセル４０の溝部４１の長手方向を他方のパターンセル４０の溝部４１の長手方向と異なるように配置している。また、一方のパターンセル４０の外壁部４３と他方のパターンセル４０の外壁部４３とが互いに隣接して配置されている。
When the surface of the
単位面積当たりの発生容量の観点から、パターンセルの形状は正方形であることがより好ましい。 From the viewpoint of the generated capacity per unit area, it is more preferable that the pattern cells have a square shape.
パターンセル１０、パターンセル２０、パターンセル３０、及びパターンセル４０は、変換効率が高い、耐久性が高い、及び信頼性が高いなどの観点から、単結晶シリコンを含む材料からなることが好ましい。例えば、パターンセル１０、パターンセル２０、パターンセル３０、及びパターンセル４０は、シリコン基板を用いて形成することができる。
The
シリコン基板は、例えば、リン、ヒ素、アンチモンなどの不純物を含み、ｎ型の性質を示す（ｎ型である）。また、シリコン基板は、単結晶シリコンを含む材料からなることが好ましい。 A silicon substrate contains impurities such as phosphorus, arsenic, antimony, etc., and exhibits n-type properties (is n-type). Also, the silicon substrate is preferably made of a material containing single crystal silicon.
ここで、本実施形態の構造体１００の製造方法について簡単に説明する。
Here, a method for manufacturing the
まず、上記パターンセル１０及びパターンセル２０を複数用意する。
First, a plurality of
パターンセル１０及びパターンセル２０のそれぞれの溝部１１及び溝部２１は、例えば、マスクを用いてシリコン基板の上面をエッチングなどすることにより形成することができる。当該エッチングには、例えば、水酸化テトラメチルアンモニア（ＴＭＡＨ）を用いることができる。
The
次に、パターンセル１０の外壁部１３とパターンセル２０の外壁部２３とが互いに隣接し、かつ、パターンセル１０の溝部１１の長手方向は、パターンセル２０の溝部２１の長手方向と異なるように配置することにより構造体１００を製造することができる。
Next, the
また、パターンセル２０の表面を基準面としたとき、当該基準面内において、パターンセル１０の溝部１１の長手方向は、パターンセル２０の溝部２１の長手方向から９０°ずれるように配置しており、当該基準面内において回転させるとパターンセル１０と同一になるパターンセル２０を用いると生産性の観点から好ましい。
Further, when the surface of the
以上の工程により、本実施形態の構造体１００を製造することができる。
Through the steps described above, the
本実施形態によれば、溝部の長手方向がお互いに異なる２種以上の小さい領域で区切られたパターンセルを並べることにより、パターンセルの溝部の中央付近の機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能なキャパシタ又は全固体電池等に少なくとも用いることができる構造体を得ることができる。 According to the present embodiment, by arranging pattern cells separated by two or more small regions with different longitudinal directions of the grooves, the mechanical strength of the pattern cells near the center of the grooves can be maintained and the unit area can be reduced. It is possible to obtain a structure that can be used at least for a capacitor or an all-solid-state battery that can increase the generated capacity per unit.
（その他の実施形態）
上述のように、一実施形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本実施形態は、ここでは記載していない様々な実施形態等を含む。
(Other embodiments)
As noted above, although one embodiment has been described, the discussion and drawings forming part of the disclosure are to be understood as illustrative and not limiting. Various alternative embodiments, implementations and operational techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure. Thus, this embodiment includes various embodiments and the like that are not described here.
本実施形態では、３種類以上のパターンセルを用いて構造体を製造してもよく、例えば、図８に示すような構造体４００をキャパシタ又は全固体電池等に用いてもよい。構造体４００は、複数のパターンセル１０、複数のパターンセル２０、及び複数のパターンセル５０が並んで配置されており、パターンセル５０は、複数の溝部５１と、複数の溝部５１によって互いに独立して形成された複数の内壁部５２と、溝部５１の深さ方向から視て複数の溝部５１と複数の内壁部５２とを囲み、かつ、複数の内壁部５２の両端に接続された外壁部５３と、を有する。溝部５１の短手方向の幅及び深さは上記のパターンセル１０と同様の幅及び深さの範囲を用いることができる。本変形例では、パターンセル５０の外壁部５３の一辺の長さは、パターンセル１０の外壁部１３の一辺の長さＴ１０及びパターンセル２０の外壁部２３の一辺の長さＴ２０の２倍である。
In this embodiment, a structure may be manufactured using three or more types of pattern cells, and for example, a
＜キャパシタ＞
本実施形態に係るキャパシタについて図面を用いて説明する。
<Capacitor>
A capacitor according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
図９は、キャパシタ５００を説明する平面図である。図１０は、図９のＡ－Ａ′線に沿う部分断面図である。キャパシタ５００は、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板５０１と、誘電体層５０２と、上部電極５０３と、を備える。
FIG. 9 is a plan view illustrating the
シリコン基板５０１は、下部電極として機能する。シリコン基板５０１は、導電性の不純物を含むため、導電性を有する。シリコン基板５０１は、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むため、キャパシタ５００の機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能となる。
誘電体層５０２は、一般的には金属酸化物からなる。具体的には、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）膜、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜、チタン酸ストロンチウムバリウム（ＢＳＴ）膜、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）膜、チタン酸ビスマスランタン（ＢＬＴ：（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２）膜、ニオブ酸ストロンチウムバリウム（ＳＢＮ）膜、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）膜、チタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ３）膜、ランタンストロンチウムカッパーオキサイド（ＬＳＣＯ）膜、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）膜、ニオブ酸タンタルカリウム（ＫＴＮ）膜、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ－ＰＴ）系セラミクス膜、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＺＮ－ＰＴ）系セラミクス膜などが挙げられ、これらのうちの一種または二種以上で誘電体層５０２を構成することができる。
上部電極５０３は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）のうちの一種または二種以上から構成される。
The
本実施形態によれば、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板５０１を備えるため、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能となるキャパシタ５００を得ることができる。
According to this embodiment, since the
＜全固体電池＞
本実施形態に係る全固体電池について図面を用いて説明する。
<All-solid battery>
An all-solid-state battery according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
図１１は、全固体電池６００を説明する平面図である。図１２は、図１１のＢ－Ｂ′線に沿う部分断面図である。全固体電池６００は、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板６０１と、負極６０２と、固体電解質６０３と、正極６０４と、を備える。
FIG. 11 is a plan view illustrating the all-solid-
負極６０２は、負極集電体及び負極活物質層からなり、パターンセル１０の溝部１１及びパターンセル２０の溝部２１においても形成されている。当該負極集電体は、例えば、銅（Ｃｕ）、黒鉛（Ｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属またはこれらを主成分とする合金等の金属系材料などを用いることができる。当該負極活物質層中の負極活物質は、例えば、カーボン、グラファイト等の炭素・黒鉛系材料、Ｓｎ系酸化物、Ｉｎ系酸化物、Ｐｂ系酸化物、Ａｇ系酸化物、Ｓｂ系酸化物、Ｓｉ系酸化物、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉｘＶ２（ＰＯ４）３（１≦ｘ≦５）等の酸化物系材料、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等の金属またはこれらを主成分とする合金等の金属系材料、ＬｉＡｌ、ＬｉＺｎ、Ｌｉ３Ｂｉ、Ｌｉ３Ｃｄ、Ｌｉ３Ｓｄ、Ｌｉ４Ｓｉ、Ｌｉ４．４Ｐｂ、Ｌｉ４．４Ｓｎ、Ｌｉ０．１７Ｃ（ＬｉＣ６）、Ｌｉ３ＦｅＮ２、Ｌｉ２．６Ｃｏ０．４Ｎ、Ｌｉ２．６Ｃｕ０．４Ｎ等のリチウム金属化合物系材料を用いることができる。負極活物質層には、各極活物質内での電子の移動度を向上させるために、導電性を有する材料、例えば、カーボンなどを添加することができる。また、負極活物質層はバインダー又は導電助剤等を含んでいてもよい。
The
固体電解質６０３は、例えば、酸化物系固体電解質又は硫化物系固体電解質を用いることができる。酸化物系固体電解質は、ペロブスカイト型のＬａ－Ｌｉ－Ｔｉ系酸化物（Ｌａ０．５１Ｌｉ０．３４ＴｉＯ２．９４等）、ＮＡＳＩＣＯＮ型のＬｉ－Ａｌ－Ｔｉ系酸化物（Ｌｉ１．３Ａｌ０．３ＴｉＯ１．７（ＰＯ４）３等）、ガーネット型のＬｉ－Ｌａ－Ｚｒ系酸化物（Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２等）、ガラスの５０Ｌｉ４ＳｉＯ４・５０Ｌｉ３ＢＯ３、アモルファス薄膜のＬｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．４６（ＬＩＰＯＮ）及びＬｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４、ガラスセラミックのＬｉ１．０７Ａｌ０．６９Ｔｉ１．４６（ＰＯ４）３及びＬｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３などを用いることができ、ペロブスカイト型のＬａ－Ｌｉ－Ｔｉ系酸化物、ＮＡＳＩＣＯＮ型のＬｉ－Ａｌ－Ｔｉ系酸化物、及びガーネット型のＬｉ－Ｌａ－Ｚｒ系酸化物は室温（２５℃）で１０－４～１０－３Ｓｃｍ－１の高い導電率を有する。酸化物系固体電解質は、大気安定性に優れる。
For the
硫化物系固体電解質は、結晶の硫化リチウム－硫化シリコン系などの二成分系やそこにさらにヨウ化リチウムやリン酸リチウムを加えた三成分系などを用いることができ、例えば、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４、３０Ｌｉ２Ｓ・２６Ｂ２Ｓ３・４４ＬｉＩ、６３Ｌｉ２Ｓ・３６ＳｉＳ２・１Ｌｉ３ＰＯ４、５７Ｌｉ２Ｓ・３８ＳｉＳ２・５Ｌｉ４ＳｉＯ４、７０Ｌｉ２Ｓ・３０Ｐ２Ｏ５、５０Ｌｉ２Ｓ・５０ＰＧｅＳ２、Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１、及びＬｉ３．２５Ｐ０．９５Ｓ４などを用いることができる。 As the sulfide-based solid electrolyte, a binary system such as a crystalline lithium sulfide-silicon sulfide system or a ternary system obtained by adding lithium iodide or lithium phosphate thereto can be used. For example, Li 10 GeP 2 S12 , Li3.25Ge0.25P0.75S4 , 30Li2S.26B2S3.44LiI , 63Li2S.36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4 _ _ _ _ _ _ SiO 4 , 70Li 2 S.30P 2 O 5 , 50Li 2 S.50PGeS 2 , Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 and the like can be used.
正極６０４は、正極集電体及び正極活物質層からなる。当該正極集電体例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属またはこれらを主成分とする合金等の金属系材料などを用いることができる。正極活物質層中の正極活物質は、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉｘＶ２（ＰＯ４）３（１≦ｘ≦５）等の酸化物系の正極活物質やＬｉ２Ｓ等の硫化物系の正極活物質を用いることができる。また、正極活物質層はバインダー又は導電助剤等を含んでいてもよい。
The
本実施形態によれば、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板６０１を備えるため、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能となる全固体電池６００を得ることができる。
According to this embodiment, since the
さらに、図１３に示す全固体電池６００Ａのパターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板６０１が負極集電体として機能する構成としてもよい。全固体電池６００Ａは、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板６０１と、負極活物質層６０２Ａと、固体電解質６０３と、正極６０４と、を備える。
Furthermore, the
シリコン基板６０１は、負極集電体として機能する。シリコン基板６０１は、導電性の不純物を含むため、導電性を有する。また、変換効率が高い、耐久性が高い、及び信頼性が高いなどの観点から、シリコン基板６０１は、単結晶シリコンを含む材料からなることが好ましい。負極集電体及び負極活物質層からなる負極の材料の一部としてシリコン基板６０１を用いると、理論容量密度が黒鉛と比べて１０倍ほど高く、エネルギー密度を向上させることができる。
The
シリコン基板６０１を負極に用いる電池の充電に伴ってシリコンの体積が膨張し、電池の寿命が短くなってしまうが、シリコン基板６０１に炭素を含ませることでシリコン基板６０１がシリコンと炭素を含む複合材料からなり、複合材料は体積変化を起こしにくいため、シリコンの凝集又は電気化学的焼結が減少する。これにより、シリコンの膨張を抑え、電池の安定性を向上させることができる。
When a battery using the
また、シリコン基板６０１は、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むため、全固体電池６００Ａの機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能となる。
In addition, since the
負極活物質層６０２Ａ中の負極活物質は、例えば、カーボン、グラファイト等の炭素・黒鉛系材料、Ｓｎ系酸化物、Ｉｎ系酸化物、Ｐｂ系酸化物、Ａｇ系酸化物、Ｓｂ系酸化物、Ｓｉ系酸化物、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉｘＶ２（ＰＯ４）３（１≦ｘ≦５）等の酸化物系材料、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ等の金属またはこれらを主成分とする合金等の金属系材料、ＬｉＡｌ、ＬｉＺｎ、Ｌｉ３Ｂｉ、Ｌｉ３Ｃｄ、Ｌｉ３Ｓｄ、Ｌｉ４Ｓｉ、Ｌｉ４．４Ｐｂ、Ｌｉ４．４Ｓｎ、Ｌｉ０．１７Ｃ（ＬｉＣ６）、Ｌｉ３ＦｅＮ２、Ｌｉ２．６Ｃｏ０．４Ｎ、Ｌｉ２．６Ｃｕ０．４Ｎ等のリチウム金属化合物系材料を用いることができる。負極活物質層６０２Ａには、各極活物質内での電子の移動度を向上させるために、導電性を有する材料、例えば、カーボンなどを添加することができる。また、負極活物質層６０２Ａはバインダー又は導電助剤等を含んでいてもよい。
The negative electrode active material in the negative electrode
固体電解質６０３及び正極６０４は、図１２に示す全固体電池６００の説明を援用することができる。
For the
本実施形態によれば、パターンセル１０及びパターンセル２０を含むシリコン基板６０１を備えるため、機械強度を保持し、かつ、単位面積あたりの発生容量を増加することが可能となる全固体電池６００Ａを得ることができる。
According to this embodiment, since the
＜電子機器＞
本実施形態に係る構造体、キャパシタ、又は全固体電池を電子機器に備えることもできる。例えば、スマートフォン、タブレット端末等のなどの携帯情報端末、電動工具、掃除機、電気自動車（ハイブリッド自動車）、医療機器、ロボットなどの駆動用電源、建築物の電力貯蔵用電源、家庭用蓄電池などに搭載して使用することができる。
<Electronic equipment>
An electronic device can also be equipped with the structure, capacitor, or all-solid-state battery according to this embodiment. For example, mobile information terminals such as smartphones and tablet terminals, power tools, vacuum cleaners, electric vehicles (hybrid vehicles), medical equipment, driving power sources such as robots, power storage power sources for buildings, household storage batteries, etc. Can be installed and used.
１０、２０、３０、４０、５０ パターンセル
１１、２１、３１、４１、５１ 溝部
１２、２２、３２、４２、５２ 内壁部
１３、２３、３３、４３、５３ 外壁部
１００、２００、３００、４００ 構造体
５００ キャパシタ
５０１、６０１ シリコン基板
５０２ 誘電体層
５０３ 上部電極
６００、６００Ａ 全固体電池
６０２ 負極
６０２Ａ 負極活物質層
６０３ 固体電解質
６０４ 正極
10, 20, 30, 40, 50
Claims (16)
第２のパターンセルと、を備え、
前記第１のパターンセル及び前記第２のパターンセルのそれぞれは、
複数の溝部と、
前記複数の溝部によって互いに独立して形成された複数の内壁部と、
前記溝部の深さ方向から視て前記複数の溝部と前記複数の内壁部とを囲み、かつ、前記複数の内壁部の両端に接続された外壁部と、を有し、
前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接して配置され、
前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なる、構造体。 a first pattern cell;
a second pattern cell;
each of the first pattern cell and the second pattern cell,
a plurality of grooves;
a plurality of inner wall portions formed independently of each other by the plurality of grooves;
an outer wall portion surrounding the plurality of groove portions and the plurality of inner wall portions when viewed from the depth direction of the groove portion and connected to both ends of the plurality of inner wall portions;
an outer wall portion of the first pattern cell and an outer wall portion of the second pattern cell are arranged adjacent to each other;
A structure, wherein the longitudinal direction of the trench of the first pattern cell is different from the longitudinal direction of the trench of the second pattern cell.
前記基準面内において、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向から９０°ずれている、請求項１～３のいずれか一項に記載の構造体。 When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane,
The longitudinal direction of the groove of the first pattern cell is deviated from the longitudinal direction of the groove of the second pattern cell by 90° in the reference plane. Described structure.
前記基準面内において、前記第１のパターンセルは、前記第２のパターンセルを回転させたパターンセルと同一である、請求項１～４のいずれか一項に記載の構造体。 When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane,
A structure according to any preceding claim, wherein in the reference plane the first pattern cell is identical to a rotated pattern cell of the second pattern cell.
前記複数の溝部のそれぞれの短手方向の幅は０．１～１０μｍであり、
前記複数の溝部のそれぞれの深さは１～１０００μｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載の構造体。 In the first pattern cell and the second pattern cell,
The width of each of the plurality of grooves in the lateral direction is 0.1 to 10 μm,
The structure according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the plurality of grooves has a depth of 1 to 1000 µm.
前記複数の溝部の短手方向の幅はそれぞれ同一であり、
前記複数の溝部の深さはそれぞれ同一であり、
前記第２のパターンセルにおいて、
前記複数の溝部の短手方向の幅はそれぞれ同一であり、
前記複数の溝部の深さはそれぞれ同一である、請求項６に記載の構造体。 In the first pattern cell,
widths of the plurality of grooves in the transverse direction are the same, and
The plurality of grooves have the same depth,
In the second pattern cell,
widths of the plurality of grooves in the transverse direction are the same, and
7. The structure of claim 6, wherein each of said plurality of grooves has the same depth.
前記第１のパターンセルの外壁部と前記第２のパターンセルの外壁部とが互いに隣接し、かつ、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向は、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向と異なるように配置する、構造体の製造方法。 a plurality of grooves, a plurality of inner walls independently formed by the plurality of grooves, and surrounding the plurality of grooves and the plurality of inner walls when viewed from the depth direction of the grooves; providing a first pattern cell and a second pattern cell having an outer wall connected to both ends of the inner wall of
The outer wall portion of the first pattern cell and the outer wall portion of the second pattern cell are adjacent to each other, and the longitudinal direction of the groove portion of the first pattern cell is the same as the groove portion of the second pattern cell. A method of manufacturing a structure in which the
前記基準面内において、前記第１のパターンセルの前記溝部の長手方向が、前記第２のパターンセルの前記溝部の長手方向から９０°ずれるように配置する、請求項１４に記載の構造体の製造方法。 When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane,
15. The structure according to claim 14, wherein the longitudinal direction of the groove of the first pattern cell is deviated from the longitudinal direction of the groove of the second pattern cell by 90° in the reference plane. Production method.
前記基準面内において、前記第１のパターンセルは、前記第２のパターンセルを回転させたパターンセルと同一である、請求項１４又は１５に記載の構造体の製造方法。 When the surface of the second pattern cell is taken as a reference plane,
16. The method of manufacturing a structure according to claim 14 or 15, wherein said first pattern cell is the same as a rotated pattern cell of said second pattern cell in said reference plane.
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