KR101139555B1 - 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법 - Google Patents

전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101139555B1
KR101139555B1 KR1020100086043A KR20100086043A KR101139555B1 KR 101139555 B1 KR101139555 B1 KR 101139555B1 KR 1020100086043 A KR1020100086043 A KR 1020100086043A KR 20100086043 A KR20100086043 A KR 20100086043A KR 101139555 B1 KR101139555 B1 KR 101139555B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
niobium thin
niobium
etching
hydrofluoric acid
Prior art date
Application number
KR1020100086043A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120022446A (ko
Inventor
최진섭
유정은
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020100086043A priority Critical patent/KR101139555B1/ko
Publication of KR20120022446A publication Critical patent/KR20120022446A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101139555B1 publication Critical patent/KR101139555B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/0029—Processes of manufacture
    • H01G9/0036—Formation of the solid electrolyte layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • H01G9/055—Etched foil electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

본 발명은, 불산이 함유된 용액을 제조하는 단계, 및 상기 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화 반응시켜 상기 니오븀 박막의 표면을 전기화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법에 따르면, 프로판올 기반의 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화하여 전기화학적으로 에칭함에 따라 니오븀 박막의 표면적을 확대시키고 정전용량을 크게 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 최적의 에칭 조건을 사용한 니오븀 전해 커패시터의 경우에는, 에칭 전 니오븀 박막의 경우보다 40배 이상의 정전용량 향상 특성을 나타냄은 물론이며, 종래의 알루미늄 전해 커패시터에 비하여 4배 정도 우수한 정전용량 특성을 실현할 수 있다.

Description

전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법{Method for electrochemical surface enlargement of niobium foil for electrolytic capacitor}
본 발명은 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 니오븀 박막의 전기화학적 에칭을 통해 전해 커패시터의 정전용량을 증가시킬 수 있는 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법에 관한 것이다.
전해 커패시터(electrolytic capacitor)는 다른 커패시터들에 비해 단위 체적당 높은 정전용량을 저비용으로 제공하기 때문에 전자 기기의 주요 컴포넌트로 고려되고 있다. 또한, 상기 전해 커패시터는 비교적 높은 전류 밀도와 낮은 주파수 회로에서 동작 가능하다는 점도 중요하다.
현재까지 상업용 커패시터의 응용에는 몇몇 소재들이 성공적으로 사용되어 왔다. 먼저, 알루미늄 소재의 경우를 보면, 알루미늄 산화물은 다른 유전재료(ex,BaTiO2)에 비하여 7 이하의 비교적 낮은 유전율을 가지는데 반하여, 전기화학적 에칭을 통해 알루미늄의 표면적을 확대하면 정전용량을 크게 증가시킬 수 있다.
여기서, 정전용량이란 두 전극 사이에서 도체의 단위전압당 전하량을 나타낸다. 이러한 정전용량의 크기는 전극의 표면적과 유전율에 비례하고 두 전극 사이의 거리에 반비례하는 값을 가진다. 염화 용액 내에서 알루미늄을 전기화학적으로 에칭하는 것은 알루미늄의 표면적 확장을 위해 매우 잘 알려진 방법이다.
그런데, 비교적 높은 유전율을 갖는 탄탈륨(유전율=25) 또는 니오븀(유전율=40) 재료의 경우, 금속(탄탈륨 또는 니오븀) 산화물 파우더들을 압축하여 필름 형태로 만드는 방법을 통해 전해 커패시터를 제조하고 있다. 그런데, 이러한 방법은 금속을 별도의 파우더 형태로 제조하는 공정, 그리고 파우더를 압축하여 필름 형태로 제조하는 공정이 더욱 추가되므로 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.
본 발명은, 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화하여 전기화학적으로 에칭함에 따라 니오븀 박막의 표면적을 확대시키고 정전용량을 크게 증가시킬 수 있는, 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 불산이 함유된 용액을 제조하는 단계, 및 상기 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화 반응시켜 상기 니오븀 박막의 표면을 전기화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법을 제공한다.
또한, 상기 불산이 함유된 용액의 제조를 위한 용매는, C1 내지 C4의 알코올 및 C1 내지 C4의 알코올 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
더 구체적으로, 상기 불산이 함유된 용액의 제조를 위한 용매는 프로판올일 수 있다.
그리고, 상기 에칭 단계에서는, 상기 니오븀 박막의 겉 표면에 상기 에칭에 의한 구덩이들을 형성하고, 상기 겉 표면에 있는 구덩이의 밑 부분에 상기 구덩이의 직경보다 큰 크기의 빈 공간을 형성할 수 있다.
또한, 상기 양극산화는, 상기 겉 표면이 제거되지 않도록, 18V 내지 22V의 전압 조건에서 5 내지 7시간 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법에 따르면, 프로판올 기반의 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화하여 전기화학적으로 에칭함에 따라 니오븀 박막의 표면적을 확대시키고 정전용량을 크게 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 최적의 에칭 조건을 사용한 니오븀 전해 커패시터의 경우에는, 에칭 전 니오븀 박막의 경우보다 40배 이상의 정전용량 향상 특성을 나타냄은 물론이며, 종래의 알루미늄 전해 커패시터에 비하여 4배 정도 우수한 정전용량 특성을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 따른 서로 다른 종류의 불산 용액 내에서 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 FE-SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 전기화학적 조건에 따라 에칭된 니오븀 박막의 정전용량 측정값을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예를 따른 프로판올 기반의 2wt% 불산 용액 내에서 서로 다른 시간 동안 15℃에서 20V의 조건으로 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 FE-SEM 이미지이다.
도 4는 도 3의 (b), (c)에 대해 각각 측정된 FE-SEM 단면 이미지를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따른 프로판올 기반의 2wt% 불산 용액 내에서 서로 다른 에칭 시간 동안 15℃에서 20V의 조건으로 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 XPS 결과를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법에 관하여 상세히 알아본다. 다만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아님은 자명하다.
실시예는 다음과 같다. 먼저, 불산(fluoride)이 함유된 용액을 제조한다. 이러한 불산이 함유된 용액은 추후 양극산화를 위한 전해질로 사용된다. 이러한 전해질은 니오븀 박막의 표면 형태를 제어하는데 매우 중요한 역할을 한다.
이때, 상기 불산이 함유된 용액의 제조를 위한 용매는, C3의 알코올 또는 C3의 알코올 수용액으로 이루어진다. 물론, 상기 용매로는, C1 내지 C4의 알코올 및 C1 내지 C4의 알코올 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
다시 말해서, 상기 용액의 제조를 위한 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등이 이용된다. 실제로 니오븀 박막의 표면 확대를 위한 최적의 용매는 프로판올로 나타났으며 이에 관한 상세한 설명은 추후에 설명하기로 한다.
상기와 같이, 불산이 함유된 용액을 제조한 다음에는, 상기 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화 반응시켜 상기 니오븀 박막의 표면을 전기화학적으로 에칭한다. 이러한 에칭에 따르면, 니오븀 박막의 표면적을 확대시키고 정전용량을 크게 증가시킬 수 있다.
이러한 에칭 단계에서는 상기 니오븀 박막의 겉 표면에 상기 에칭에 의한 구덩이(pit)들을 형성하게 되고, 상기 겉 표면에 있는 구덩이의 밑 부분에는 상기 구덩이의 직경보다 큰 크기의 빈 공간을 형성하게 된다.
여기서, 구덩이가 존재하는 상기 겉 표면 부분에 의하여 상기 니오븀 박막의 표면적 증가가 이루어진다. 앞서와 같이 표면적 증가는 곧 정전용량의 증가를 의미한다.
실제로, 상기 양극산화 시, 전해질의 종류, 양극산화의 시간, 전압 조건을 조절함으로써 니오븀 박막의 전기화학적 에칭을 최적화할 수 있다. 이때, 상기 양극산화는 니오븀 박막의 겉 표면 부분이 제거되지 않도록, 18V 내지 22V의 전압 조건(ex, 20V)에서 5 내지 7시간(ex, 6시간) 수행하도록 한다.
이하에서는, 상술한 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
< 실시예 1> 재료 준비
시험 재료로서 순도 99.9 %(Goodfellow, England)를 갖는 0.25mm 두께의 니오븀(Nb) 박막을 준비하였다.
그리고, 상기 메탄올(Aldrich), 에탄올 (Ducksan, Korea), 프로판올(Aldrich), 부탄올(Aldrich), 그리고 불산(Aldrich)은 각각 시약급 화학물질(reagent-grade chemicals)을 통해 준비하였다.
상기 니오븀 박막은 초음파 배스(ultrasonic bath) 내에서 아세톤으로 5분 동안 세척한 후, 다시 에탄올로 세척한 다음, N2 가스의 스팀으로 건조하였다.
< 실시예 2> 에칭 조건
표면적의 확대를 위하여, 상기 니오븀 박막은 서로 다른 전압, 시간, 그리고 용매 조건 하에서 전기화학적으로 에칭되었다. 실제로, 전기화학적 에칭을 위한 시간은 1~12 시간 범위, 그리고 인가 전압은 20~50V 범위 내에서 조절되었다.
그리고, 에칭 용액(전해질)으로는 상기 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올을 각각 용매로 한 서로 다른 불산 용액(HF)들이 사용되었다. 에칭이 진행되는 동안 온도는 15℃를 유지하였다.
그리고, 양극산화를 위해, 카운터 전극(counter electrode)을 백금 메쉬(Pt mesh)로, 동작 전극(working electrode)을 1㎠의 니오븀 박막으로 사용한 2전극 셀 시스템을 이용하였다. 양극산화를 수행하는 동안, 전해질의 교반 속도는 일정한 속도(ex, 180rpm)를 유지시켰다.
< 실시예 3> 결과 측정 방법
정전용량의 측정에는 LCR 미터(ANDO AG 4303)를 사용하였다. 정전용량은 0.5 M의 아디프산 암모늄(1, 4-butanedicarboxylic acid diammonium salt) 내에서 고정된 주파수(120Hz)로 측정되었다.
전기화학적으로 에칭된 니오븀의 표면 형태는 주사전자현미경(FE-SEM, 4300S)으로 관찰하였고, 측단면 FE-SEM 이미지는 포커스 이온 빔(FIB, Helios NanoLab 600)을 사용하였다.
XPS 분석은 광전자 분광계(VG Scientific MultiLab 2000 system)를 사용하였는데, 이 장비는 1253.6 eV의 비단일성(non-monochromatic)의 MgKα 방사선을 갖고 있다. C1의 피크(284.6 eV)는 결합에너지 값을 계산하는데 사용되었다.
< 실험예 1> 전해질 종류에 따른 니오븀 박막의 결과
도 1은 본 발명의 실시예를 따른 서로 다른 종류의 불산 용액 내에서 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 FE-SEM 이미지를 나타낸다. 이러한 도 1은 0.25mm 두께의 니오븀 박막을 서로 다른 종류의 전해질 내에서 15℃에서 20V의 조건으로 1시간 동안 전기화학적 에칭을 수행한 결과를 나타낸다.
여기서, 도 1의 (a)는 '메탄올'을 용매로 사용한 1 wt% 불산(HF) 용액, (b)는 '에탄올'을 용매로 사용한 1 wt% 불산(HF) 용액, (c)는 '프로판올'을 용매로 사용한 1 wt% 불산(HF) 용액, (d)는 '부탄올'을 용매로 사용한 1 wt% 불산(HF) 용액을 각각 전해질로 사용한 결과이다. 각 이미지에는 확대 이미지를 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 전기화학적 조건에 따라 에칭된 니오븀 박막의 정전용량 측정값을 나타낸다.
먼저, 도 1의 (a) 참조하면, '메탄올' 기반의 불산 용액에서 에칭된 니오븀 박막은 표면이 평형한 것처럼 보인다. 그런데, 도 2를 참조하면, 이러한 (a)의 경우, 에칭 전 니오븀 박막의 정전용량 6.41 ㎌/㎠보다 높은 95.36 ㎌/㎠의 정전용량을 나타내는 것으로 보아, 많은 미세 구멍(홈)들이 표면적을 증가시켰음을 간접적으로 알 수 있다. 그러나, 이러한 메탄올 기반의 볼산 용액에서는 더 이상의 큰 정전용량을 얻을 수 없었다.
참고로, 도 2에서 에칭 전 원래의 니오븀 박막의 정전용량은 5.5nm의 자연 산화막 두께를 반영한 것이다. 이 정전용량(C)은 C=ε0×εr×A／d의 수학식에 의하여 구하여진다. 여기서, A는 두 전극이 겹치는 면적이고, εr는 니오븀 산화막의 유전율(εr=40)이며, ε0는 진공상태에서의 유전율이고, d는 자연 산화막 두께를 의미한다.
다음, 도 1의 (b)과 같이, '에탄올' 기반의 불산 용액에서 에칭된 니오븀 박막의 경우, 겉 표면 부분에만 에칭된 부위를 갖고 있다.
이에 반면, 도 1의 (c)와 (d)와 같이, '프로판올' 및 '부탄올' 기반의 불산 용액에서 에칭된 니오븀 박막의 경우, 에칭의 깊이를 직접 조절할 수 있는 것으로 보인다. 그런데, 여기서 전기화학적 에칭에 따라 니오븀 박막으로부터 자유롭게 된 니오븀 이온의 용해도는 더 많은 탄소사슬로 이루어진 유기 용매일수록 감소하게 된다. 따라서, 프로판올 기반 불산 용액의 경우보다 부탄올 기반의 불산 용액에서 더 적은 에칭이 발생한 것으로 나타난다.
표면 확대의 관점에서, 직접적인 에칭의 깊이는 에칭 구덩이의 밀도 증가만큼 최적화된 조건으로 발생한다. 도 2의 정전용량 측정 결과를 보면, 프로판올 기반의 에칭(도 1 (c)의 경우)을 수행한 니오븀 박막의 경우, 부탄올 기반의 에칭(도 1 (d)의 경우)에서 보다 더 큰 정전용량을 나타내었으므로, 표면적 또한 부탄올을 사용한 경우에 비하여 더 확대된 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 에칭 시간에 따른 니오븀 박막의 결과( 프로판올 용매 사용)
도 3은 본 발명의 실시예를 따른 프로판올 기반의 2wt% 불산 용액 내에서 서로 다른 시간 동안 15℃에서 20V의 조건으로 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 FE-SEM 이미지이다. 여기서, 도 3의 (a)는 1시간, (b)는 6시간, (c)는 12시간 동안 에칭한 결과이다. 각 이미지에는 확대 이미지를 포함하고 있다.
앞서와 같이, 상기 에칭에 의하면, 니오븀 박막의 겉 표면에 상기 에칭에 의한 구덩이(pit)들을 형성하게 되고, 상기 겉 표면에 있는 구덩이의 밑 부분에는 구덩이의 직경보다 큰 크기의 빈 볼륨 공간을 형성함을 도 3의 (b)로부터 확인할 수 있다.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3을 참조하면, 상기 니오븀 박막의 겉 표면 상에 형성된 구덩이들의 밀도는 에칭 시간이 증가할수록 증가함을 알 수 있다. 즉, 직경이 수백 나노미터에서 수십 마이크로미터에 이르는 다양한 크기의 구덩이들은 그림 3의 (a)와 (b)에서 관찰된다.
마이크로 단위의 구덩이의 크기는 에칭 시간이 증가할수록 증가한다. 흥미롭게도, 도 3의 (b)를 참조하면, 마이크로 사이즈의 구덩이의 밑 부분에는 더 큰 크기의 큰 빈 볼륨 공간이 있으며, 이는 구덩이의 입구보다 더 큰 사이즈의 볼륨 공간이 구덩이의 안쪽에 있다는 것을 의미한다. 상기 빈 공간 내부 표면에는 또한 많은 구덩이 또는 구멍들이 있는 것처럼 보인다.
여기서, 에칭 시간이 길어지면, 도 3의 (c)와 같이, 빈 공간 위의 겉 표면 부분이 완벽하게 제거되고, 상기 빈 공간의 내부 표면은 외부로 노출된다. 상기 겉 표면 부위에 있던 구덩이들은 니오븀 박막의 표면적을 확대하는 역할을 하는데, 이렇게 겉 표면 부위가 제거되는 경우, 정전용량의 증가에 기여할 수 없게 된다.
이러한 결과들은 상기 포커스 이온 빔(FIB)으로 측정된 도 4의 FE-SEM 단면 이미지를 통해 확실히 확인된다. 도 4는 도 3의 (b), (c)에 대해 각각 측정된 FE-SEM 단면 이미지를 나타낸다. 단면 이미지는 표면 형상 이미지의 좌측 상단 부분에 작은 이미지로 삽입되어 있다.
에칭 전 초기의 니오븀 박막의 두께는 250㎛ 이었다. 도 4 (a)을 참조하면, 6시간 동안 에칭된 니오븀 박막의 경우는 금속 표면의 심각한 손실 없이 250㎛ 두께를 거의 유지하면서 에칭 구덩이를 만든 것을 알 수 있다.
그런데, 도 4 (b)를 참조하면, 상기 니오븀 박막의 두께는 에칭 시간의 증가에 따라 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 12시간 에칭된 니오븀 박막의 경우, 최초의 250㎛에서 150㎛로 극감한 것을 알 수 있다. 이는 상기 빈 공간 위의 겉 표면 부분이 완벽하게 제거되었음을 증명한다. 즉, 표면적 확대를 위한 최적화된 에칭 상태는 상기 겉 표면 부분이 완벽하게 제거되기 이전 상태라 할 수 있다.
앞서, 정전용량은 표면적에 비례함을 설명한 바 있다. 즉, 높은 정전용량은 큰 면적을 의미한다. 상기 겉 표면 부분이 완벽히 제거되면 표면적이 줄어들고 정전용량이 감소하게 된다.
< 실험예 3> 최적 에칭 조건( 프로판올 용매 사용, 20V, 6시간)
이상과 같은 결과를 참조하여 볼 때, 도 2를 참조하면, 에칭을 위한 최적의 양극산화 조건은, 프로판올 용매를 사용한 2wt%의 불산(HF) 용액에서 니오븀 박막을 20V에서 6시간 에칭을 수행한 경우로서, 이때 정전용량은 271.4 ㎌/㎠를 나타내었다. 이는 도 2에서 에칭 전 원래의 니오븀 박막에 대한 정전용량 값인 6.4 1㎌/㎠보다 40배 이상의 큰 표면 확장을 나타낸다.
여기서, 만약 에칭 전압이 최적 전압인 20V보다 높거나, 에칭 시간이 최적 시간인 6시간 보다 긴 경우, 너무 많은 에칭이 일어나게 된다. 그 결과, 겉 표면 부분까지 완벽하게 제거가 되어, 정전용량을 위한 총 면적을 감소시키는 결과를 야기하게 된다.
종래에 전기화학적으로 에칭된 알루미늄 전해 커패시터의 경우, 보통 70 ㎌/㎠의 정전용량을 나타내는데, 본 발명의 실시예에 따라 최적으로 에칭된 니오븀 박막 전해 커패시터의 경우 271.4 ㎌/㎠의 정전용량을 나타내었다. 즉, 본 발명에 따라 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막을 이용한 전해 커패시터는 종래의 알루미늄을 이용한 경우에 비하여 무려 4배 정도 우수한 정전용량 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따른 프로판올 기반의 2wt% 불산 용액 내에서 서로 다른 에칭 시간 동안 15℃에서 20V의 조건으로 전기화학적으로 에칭된 니오븀 박막의 XPS 결과를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 전기화학적으로 에칭된 니오븀의 표면은 Nb2O5로 이루어져 있으며, 탄소(C)와 불소(F)의 기여 정도가 각각 다름을 알 수 있다. 또한, 니오븀과 산소의 원자량 분율은 에칭 과정 중에도 크게 변동이 없음이 확인된다.
이상과 같은 본 발명을 요약하면 다음과 같다.
전기화학적 에칭을 이용한 니오븀 박막의 표면적 확대 정도는 에칭 용매, 시간, 전압을 통해 제어될 수 있었다. 불산을 포함하는 서로 다른 용매들 중에서 프로판올을 용매로 사용한 불산 용액의 경우, 직접적으로 깊이가 깊은 에칭 구덩들을 생성할 뿐만 아니라, 에칭 구덩이들의 밀도 또한 증가시킴을 확인할 수 있었다.
표면적 확대를 위한 최적의 조건은 니오븀 박막의 겉 표면 부분이 완전히 제거되지 않았을 경우에 획득되었다. 이러한 최적의 조건의 경우 그 형상을 고찰하면, 끝이 날카롭고 좁은 입구를 갖는 구덩이가 니오븀 박막의 겉 표면 부위에 형성되었고, 상기 겉 표면 부분의 바로 밑에는 크기가 큰 빈 공간이 발견되었다. 상기 겉 표면 부분이 에칭 시간의 증가 또는 인가 전압의 증가에 의해 완벽히 제거될 경우에는, 표면적의 감소로 인하여 정전용량의 값이 크게 줄어드는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 불산이 함유된 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 불산이 함유된 용액 내에서 니오븀 박막을 양극산화 반응시켜 상기 니오븀 박막의 표면을 전기화학적으로 에칭하는 단계를 포함하고,
    상기 불산이 함유된 용액의 제조를 위한 용매는,
    메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 이들의 수용액 중 선택된 어느 하나인 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 불산이 함유된 용액의 제조를 위한 용매는,
    프로판올인 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 에칭 단계에서는,
    상기 니오븀 박막의 겉 표면에 상기 에칭에 의한 구덩이들을 형성하고, 상기 겉 표면에 있는 구덩이의 밑 부분에 상기 구덩이의 직경보다 큰 크기의 빈 공간을 형성하는 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 양극산화는,
    상기 겉 표면이 제거되지 않도록, 18V 내지 22V의 전압 조건에서 5 내지 7시간 수행하는 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법.
KR1020100086043A 2010-09-02 2010-09-02 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법 KR101139555B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086043A KR101139555B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086043A KR101139555B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120022446A KR20120022446A (ko) 2012-03-12
KR101139555B1 true KR101139555B1 (ko) 2012-04-27

Family

ID=46130587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100086043A KR101139555B1 (ko) 2010-09-02 2010-09-02 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101139555B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0660436B2 (ja) * 1986-03-28 1994-08-10 ユ ツオン リユ タンタル、ニオブまたはその合金製物品の保護膜およびその製法
KR20040030055A (ko) * 2001-07-18 2004-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 토산금속의 합금으로 이루어진 금속박 및 이것을 구비한콘덴서
JP2004207718A (ja) * 2002-12-20 2004-07-22 Hc Starck Gmbh ニオブまたはタンタルの成形品を電気化学エッチングで製造する方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0660436B2 (ja) * 1986-03-28 1994-08-10 ユ ツオン リユ タンタル、ニオブまたはその合金製物品の保護膜およびその製法
KR20040030055A (ko) * 2001-07-18 2004-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 토산금속의 합금으로 이루어진 금속박 및 이것을 구비한콘덴서
JP2004207718A (ja) * 2002-12-20 2004-07-22 Hc Starck Gmbh ニオブまたはタンタルの成形品を電気化学エッチングで製造する方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120022446A (ko) 2012-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102592843B (zh) 用于湿式电解电容器的平板式阳极
US7529079B2 (en) Solid electrolytic capacitor and process for fabricating same
CN102592829B (zh) 用于湿式电解电容器的平板式阳极的引线结构
JP5575505B2 (ja) 固体電解コンデンサの製造方法および固体電解コンデンサ
US20100200403A1 (en) Metrology methods and apparatus for nanomaterial characterization of energy storage electrode structures
CN101093751A (zh) 高比容阴极箔的制备方法
CN112735830A (zh) 植入式医疗器械用湿式电解电容器
US11469052B2 (en) Oxide on edges of metal anode foils
JP2016100602A (ja) 埋め込み可能な医療デバイス用の密閉封止キャパシタ
EP1683168A1 (en) Solid electrolyte capacitor
US8513123B2 (en) Method of manufacturing solid electrolytic capacitor
JP2010161151A (ja) 電解コンデンサの製造方法
JP2015073015A (ja) 電極箔、電解コンデンサおよび電極箔の製造方法
KR101139555B1 (ko) 전해 커패시터용 니오븀 박막의 전기화학적 표면 확대 방법
JP4383227B2 (ja) 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JPWO2009051133A1 (ja) コンデンサの製造方法、コンデンサ、配線板、電子機器及びｉｃカード
JP2019133983A (ja) 陽極箔、電解コンデンサ、陽極箔の製造方法、及び電解コンデンサの製造方法
WO2018051520A1 (ja) 電解コンデンサ用電極部材および電解コンデンサ
RU2821335C1 (ru) Способ создания диэлектрической пленки анода высоковольтного танталового конденсатора и конденсатор с твердым электролитом и рабочим напряжением до 125 В включительно
JP7028481B2 (ja) 電解コンデンサ用電極部材および電解コンデンサ
JP2010267778A (ja) ニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法
WO2023234343A1 (ja) コンデンサ、電気回路、回路基板、機器、及びコンデンサの製造方法
JP2009252913A (ja) 固体電解コンデンサの製造方法
WO2023218929A1 (ja) キャパシタ用部材の製造方法、キャパシタ、電気回路、回路基板、機器、及び蓄電デバイス
JP6912691B2 (ja) 電解コンデンサ用電極部材、および電解コンデンサ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150216

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160404

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee