固体电解质集成器件、固体电解质集成器件的制造方法及固体电解质器件与流程

本发明涉及固体电解质集成器件、固体电解质集成器件的制造方法及固体电解质器件。

背景技术：

当前，固体电解质器件例如应用于氧传感器或氧浓缩器等。

并且，为了提高固体电解质器件的集成效率并减少电流，有人提出了将多个固体电解质器件串联连接而进行集成的固体电解质集成器件的方案(例如参照专利文献1至3)。

专利文献1：日本特开2006－315884号公报

专利文献2：日本特开2007－100116号公报

专利文献3：日本特开2015－222712号公报

例如在上述专利文献1中公开了下述构造，即，在固体电解质层中形成通孔，经由该通孔串联连接多个电极。但是，在该构造中存在下述问题，即，有可能在设置有通孔的固体电解质层上产生应力，导致固体电解质集成器件损坏。

另外，在专利文献2中公开了将多个固体电解质器件固定在定位凸起处并进行串联接合的电化学电池的构造。由此，在各个电化学电池之间无需设置用于连接配线的空隙，从而实现紧凑化。但是，在该专利文献2记载的构造中存在下述问题，即，在将凸起与固体电解质器件接合时产生应力，从而损坏固体电解质器件。

另外，在上述专利文献3中公开了下述制造利用两片基板夹持固体电解质的薄膜(固体电解质层)的器件的方法，在该方法中，将电极/固体电解质/电极层叠于暂设的硅基板上而形成的层叠体与上部基板阳极键合，然后通过湿法蚀刻去除暂设的硅基板，然后将下部基板阳极键合。

但是，在该专利文献3记载的构造中存在下述问题，即，在固体电解质层键合下部基板时，由于固体电解质层产生应力，从而该固体电解质层损伤。

如上所述，在现有的固体电解质集成器件中，存在固体电解质层被施加应力而固体电解质集成器件损伤、损坏的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种固体电解质集成器件，其能够在减少电流的同时降低施加在固体电解质层上应力。

根据本发明的一个方式所涉及的实施方式的固体电解质集成器件，为具有表面有绝缘性的基板的固体电解质集成器件，基板在其一个面上具有第1主表面，并具有设置在所述第1主表面的背面侧的第2主表面，设置有贯穿所述第1主表面和所述第2主表面之间的第1通孔、第2通孔这两个通孔，所述固体电解质集成器件具有：第1下部电极层，其以覆盖或框入所述第1通孔的位于所述第1主表面侧的第1开口部的一部分的方式设置在所述第1主表面上，具有导电性；第1固体电解质层，其与所述第1下部电极层电连接；第1上部电极层，其设置在所述第1主表面侧，隔着所述第1固体电解质层而与所述第1下部电极层分离，且与所述第1固体电解质层电连接；第2下部电极层，其以覆盖或框入所述第2通孔的位于所述第1主表面侧的第2开口部的一部分的方式设置在所述第1主表面上，具有导电性；第2固体电解质层，其位于所述第2下部电极层上，与所述第1固体电解质层分离地设置，且与所述第2下部电极层电连接；以及第2上部电极层，其设置在所述第1主表面侧，隔着所述第2固体电解质层而与所述第2下部电极层分离，且与所述第2固体电解质层电连接，所述第1下部电极层和所述第2上部电极层在所述第1主表面侧电连接，所述第1上部电极层、所述第1下部电极层、所述第2上部电极层及所述第2下部电极层均能够使离子穿过或/及具有离子氧化还原能力，且含有金属或金属氧化物这两者之一、或者这两者，还具有进行透气的透气部。

发明的效果

本发明的一个方式所涉及的固体电解质集成器件、固体电解质集成器件的制造方法及固体电解质器件，能够降低施加在固体电解质层的机械应力。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。

图2是从下方观察沿着图1所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。

图3是表示将多个固体电解质集成器件串联连接了的固体电解质集成器件的结构的一个例子的俯视图。

图4是表示将多个固体电解质集成器件串联连接了的固体电解质集成器件的结构的其它例子的俯视图。

图5是表示将多个固体电解质集成器件串联连接了的固体电解质集成器件的结构的又一个例子的俯视图。

图6是表示变形例1所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。

图7是从下方观察沿着图6所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。

图8是表示变形例2所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。

图9是从下方观察沿着图8所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。

图10是表示变形例3所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。

图11是从下方观察沿着图10所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。

图12是表示图6所示的变形例1的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的一个例子的剖面图。

图13是表示接着图12的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图14是表示接着图13的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图15是表示接着图14的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图16是表示接着图15的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图17是表示图6所示的变形例1的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的其他例子的剖面图。

图18是表示接着图17的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图19是表示接着图18的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图20是表示接着图19的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图21是表示接着图20的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图22是表示接着图21的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图23是表示接着图22的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图24是表示接着图23的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图25是表示第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。

图26是表示图25所示的第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的一个例子的剖面图。

图27是表示接着图26的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图28是表示接着图27的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图29是表示接着图28的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

图30是表示接着图29的固体电解质集成器件100的制造方法的工序的剖面图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明所涉及的实施方式。

【第1实施方式】

图1是表示第1实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。另外，图2是从下方观察沿着图1所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。此外，图1的剖面对应于沿着图2的a－a线的剖面。

此外，在基于各附图进行的说明中，以固体电解质集成器件100的基板10的位置为基准而将从该基板10的第2主表面10b向第1主表面10a的方向作为向上方向，将从第1主表面10a向第2主表面10b的方向作为向下方向。并且，将该基板10的第1主表面10a侧作为上侧(上方)，将该基板10的第2主表面10b侧作为下侧(下方)。

例如图1、图2所示，本实施方式所涉及的、集成了多个固体电解质层(固体电解质的层)的固体电解质集成器件100具有基板10、第1下部电极层d1y、第1固体电解质层s1、第1上部电极层d1x、第1追加电极层d1a、第2下部电极层d2y、第2固体电解质层s2、第2上部电极层d2x、和第2追加电极层d2a。此外，以固体电解质集成器件100的第1(第2)固体电解质层s1(s2)的位置为基准，将与该第1(第2)固体电解质层s1(s2)的上表面连接的电极作为第1(第2)上部电极层d1x(d2x)，将与该第1(第2)固体电解质层s1(s2)的下表面连接的电极作为第1(第2)下部电极层d1y(d2y)。

该固体电解质集成器件100例如应用于氧浓缩器或制氢器中。

此外，由基板10、第1下部电极层d1y、第1固体电解质层s1和第1上部电极层d1x构成一个固体电解质器件。并且，通过将所述固体电解质器件电气串联连接多个(在图1的例子中集中于最小单位的2个进行了图示)而构成上述固体电解质集成器件100。

以下，说明固体电解质集成器件100的各个构成。

(基板10)

在这里，例如图1、图2所示，基板10具有在一个面上的第1主表面10a，并具有位于该第1主表面10a的背面侧的第2主表面10b。该基板10设置有贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2。该基板10的第1通孔p1及第2通孔p2使得第1主表面10a与第2主表面10b之间能够通气。

此外，基板10的表面具有绝缘性。例如基板10由玻璃构成。另外，基板10也可以是外表面具有硅氧化物的硅基板。

在这里，基板10的外表面是包括基板10的第1主表面10a、第2主表面10b及其侧面在内的含义。为了使该基板10自身不会流过电流，基板10的外表面具有绝缘性。

更详细地说，作为该基板10的材料，作为耐热性及电绝缘性优异的材料而可以选择玻璃、覆盖有氧化物的硅、覆盖有氧化物的金属(ti、ni及合金类)、氧化物陶瓷(al2o3、氧化锆、氧化镁、铬酸镧类等)。

并且，作为易于进行开口加工的材料而优选玻璃、覆盖有氧化物的硅。

另外，作为材料价格及制造成本方面有优势的材料，更优选覆盖有氧化物的硅。

此外，在图1、图2的例子中，示出了第1通孔p1及第2通孔p2各有4个的情况，但第1通孔p1及第2通孔p2也可以各有1个至3个、或者有5个以上。

另外，从支撑形成于基板上部的各层这一点、和易于形成通孔的角度出发，优选该基板10的厚度例如落在50μm～3000μm的范围内。

并且，基板10的第1通孔p1及第2通孔p2例如具有从第1主表面侧观察为圆形的形状。在此情况下，该第1通孔p1及第2通孔p2的圆形形状的直径例如为0.01mm～30mm的范围。

此外，基板10的第1通孔p1及第2通孔p2例如也可以具有从第1主表面侧观察为除圆形之外的长方形、六边形等多边形形状。

(第1下部电极层d1y)

另外，例如图1所示，第1下部电极层d1y以覆盖第1通孔p1的位于第1主表面10a侧的第1开口部p1a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。通过该第1下部电极层d1y覆盖第1开口部p1a的一部分，能够将第1开口部p1a的电位控制为规定值。

该第1下部电极层d1y具有导电性。特别地，该第1下部电极层d1y具有使离子穿过或/及离子氧化还原能力。

此外，如后述的第2实施方式所示，第1下部电极层d1y也可以以框入第1通孔p1的位于第1主表面10a侧的第1开口部p1a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。

例如图1所示，在该第1下部电极层d1y中设有第3通孔d1yp，其沿上下方向贯穿该第1下部电极层d1y且与基板10的第1通孔p1连通。

并且，该第1下部电极层d1y的第3通孔d1yp内填充有第1固体电解质层s1的一部分s1p。由此，能够降低第1固体电解质层s1自身的电阻值，并且能够降低该第1固体电解质层s1与第1下部电极层d1y之间的接触电阻。

另外，该第1下部电极层d1y也可以例如含有金属或金属氧化物这两者之一、或者这两者，也可以具有进行透气的透气部(未图示)。该透气部例如具有能够使第1下部电极层d1y的第1通孔p1侧的气体透过直至与第1固体电解质层s1之间的边界为止的形状。该透气部例如也可以是网眼状或多孔介质的形状。

并且，优选该第1下部电极层d1y的厚度落在0.01～1000μm的范围内。

(第1固体电解质层s1)

另外，例如图1所示，第1固体电解质层s1设置在第1下部电极层d1y上。并且，该第1固体电解质层s1与第1下部电极层d1y电连接。此外，也可以在该第1固体电解质层s1与第1下部电极层d1y之间设置具有离子传导性的中间层(未图示)。

特别地，第1固体电解质层s1从第1下部电极层d1y的上表面d1ya起覆盖至侧面d1yb的一部分为止。由此，使第1固体电解质层s1与第1下部电极层d1y之间的接触电阻降低。

进而，第1固体电解质层s1的侧面s1x的一部分被第1上部电极层d1x覆盖。特别地，例如图1所示，第1上部电极层d1x从第1固体电解质层s1的上表面s1a起覆盖至侧面s1x的一部分为止。由此，该第1固体电解质层s1与第1上部电极层d1x电连接，使第1固体电解质层s1与第1上部电极层d1x之间的接触电阻降低。此外，也可以在该第1固体电解质层s1与第1上部电极层d1x之间设置具有电子-离子传导性的中间层(未图示)。

另外，该第1固体电解质层s1具有离子传导性，例如具有质子传导性、碳酸离子传导性或氧化物离子传导性。特别地，在将固体电解质集成器件100应用于氧浓缩器的情况下，第1固体电解质层s1具有氧化物离子传导性。在此情况下，第1固体电解质层s1例如在600°的环境下具有1.0×10^-3s/cm的氧化物离子传导性。

另外，优选第1固体电解质层s1在第1下部电极层d1y上的厚度落在0.05μm～300μm的范围内。

(第1上部电极层d1x)

另外，第1上部电极层d1x隔着第1固体电解质层s1而与第1下部电极层d1y分离地设置在第1主表面10a侧。该第1上部电极层d1x与第1固体电解质层s1电连接，具有导电性。

该第1上部电极层d1x具有使离子穿过或/及离子氧化还原能力。

此外，该第1上部电极层d1x也可以例如含有金属或金属氧化物这两者之一、或者这两者，也可以具有进行透气的透气部(未图示)。该透气部例如具有能够使第1上部电极层d1x表面的气体透过直至与第1固体电解质层s1之间的边界为止的可透气的形状。该透气部例如可以是网眼状或多孔介质的形状。

并且，优选该第1上部电极层d1x在第1固体电解质层s1上的厚度落在0.01μm～300μm的范围内。

(第1追加电极层d1a：任意层)

另外，例如图1所示，第1追加电极层d1a设置在第1通孔p1内的第1开口部p1a附近，且与第1下部电极层d1y电连接。通过该第1追加电极层d1a，能够降低包括与该第1追加电极层d1a电连接的第1下部电极层d1y在内的电阻值，并且能够降低与第1固体电解质层s1之间的接触电阻。

优选该第1追加电极层d1a的厚度落在0.01μm～300μm的范围内。

此外，也可以不设置该第1追加电极层d1a。在此情况下，第1下部电极层d1y的表面成为在第1通孔p1侧露出的状态。

(第2下部电极层d2y)

另外，第2下部电极层d2y以覆盖第2通孔p2的位于第1主表面10a侧的第2开口部p2a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。通过该第2下部电极层d2y覆盖第2开口部p2a的一部分，能够将第2开口部p2a的电位控制为规定值。

该第2下部电极层d2y具有导电性。特别地，该第2下部电极层d2y具有使离子穿过或/及离子氧化还原能力。

此外，如后述的第2实施方式所示，第2下部电极层d2y也可以以框入第2通孔p2的位于第1主表面10a侧的第2开口部p2a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。

例如图1所示，在该第2下部电极层d2y中设有第4通孔d2yp，其沿上下方向贯穿该第2下部电极层d2y且与基板10的第2通孔p2连通。

并且，该第2下部电极层d2y的第4通孔d2yp内填充有第2固体电解质层s2的一部分s2p。由此，能够降低第2固体电解质层s2自身的电阻值，并且能够降低该第2固体电解质层s2与第2下部电极层d2y之间的接触电阻。

另外，该第2下部电极层d2y也可以具有与上述的第1下部电极层d1y相同的构成，例如含有金属或金属氧化物这两者之一、或者这两者，也可以具有进行透气的透气部(未图示)。

并且，优选该第2下部电极层d2y的厚度落在0.01～1000μm的范围内。

此外，作为能够用于该第2下部电极层d2y及前述的第1下部电极层d1y的电极材料，只要是具有导电性的材料即可，可以并无特别限制地使用，例如可以举出：pt、pd、ag、au、w、mo、ta、nb、ni等金属、及含有这些金属的合金、不锈钢等金属类的导电体材料；钴铁酸锶镧(lscf)、铁酸钡类、钴锰氧化物、镍酸镧(lanthanumnickelate)等陶瓷类的氧-电子混合导体、作为ito或fto等锡氧化物类及azo或gzo等锌氧化物类的透明电极材料、上述材料的混合物或负载在载体上的上述材料、与上述固体电解质混合而得到的金属陶瓷等，但并不限定于此。

(第2固体电解质层s2)

另外，例如图1所示，第2固体电解质层s2在第2下部电极层d2y上，与上述的第1固体电解质层s1分离(未直接电连接)地设置。并且，该第2固体电解质层s2与第2下部电极层d2y电连接。此外，也可以在该第2固体电解质层s2与第2下部电极层d2y之间设置具有电子-离子传导性的中间层(未图示)。

特别地，第2固体电解质层s2从第2下部电极层d2y的上表面d2ya起覆盖至侧面d2yb的一部分为止。由此，使第2固体电解质层s2与第2下部电极层d2y之间的接触电阻降低。

进而，第2固体电解质层s2的侧面s2x的一部分被第2上部电极层d2x覆盖。特别地，例如图1所示，第2上部电极层d2x从第2固体电解质层s2的上表面s2a起覆盖至侧面s2x的一部分为止。由此，该第2固体电解质层s2与第2上部电极层d2x电连接，通过该结构，使第2固体电解质层s2与第1上部电极层d2x之间的接触电阻降低。此外，也可以在该第2固体电解质层s2与第2上部电极层d2x之间设置具有离子传导性的中间层(未图示)。

该第2固体电解质层s2具有离子传导性，例如具有质子传导性、碳酸离子传导性或氧化物离子传导性。特别地，在将固体电解质集成器件100应用于氧浓缩器的情况下，第2固体电解质层s2具有氧化物离子传导性。在此情况下，第2固体电解质层s2具有与第1固体电解质层s1相同的氧化物离子传导性。

另外，优选第2固体电解质层s2在第2下部电极层d2y上的厚度落在0.05μm～300μm的范围内。

此外，作为适用于该第2固体电解质层s2及上述的第1固体电解质层s1的固体电解质，可以使用作为氧化物离子导体或质子导体而公知的无机固体电解质。

例如，作为以氧化物离子导体而公知的无机固体电解质，可以举出硅酸镧(lanthanumsilicate)或硅酸铈(ceriumsilicate)等以(re2o3)x(sio2)6(re为从la、ce、pr、nd、sm中选择的元素，x满足3.5＜x＜6的条件)表达的磷灰石晶体构造的复合氧化物；利用y2o3、sc2o3、yb2o3等进行稳定化后的稳定化氧化锆；具有lagao3这一基本成分的具有钙钛矿构造的ga类氧化物(镓酸镧类氧化物)；钆掺杂氧化铈(gadoliniumdopedceria)或钐掺杂氧化铈(samariumdopedceria)等固溶有稀土类元素的铈氧化物等，但并不限定于此。另外，上述氧化物离子导体可以是1种单独的化合物，也可以是将多种化合物任意混合而成的复合氧化物。另外，固体电解质层可以单层使用，也可以作为多层体使用。

另外，作为以质子导体而公知的无机固体电解质，可以举出铈酸钡(baceo3)、铈酸锶(srceo3)、锆酸锶(srzro3)、锆酸钙(cazro3)、钛酸锶(srtio3)等复合氧化物、镧－钨类复合氧化物等，但并不限定于此。另外，上述质导体可以单独使用1种，也可以将多种任意混合使用。

(第2上部电极层d2x)

另外，第2上部电极层d2x隔着第2固体电解质层s2而与第2下部电极层d2y分离地设置在第1主表面10a侧。该第2上部电极层d2x与第2固体电解质层s2电连接，具有导电性。

该第2上部电极层d2x具有使离子穿过或/及离子氧化还原能力。

此外，该第2上部电极层d2x也可以例如含有金属或金属氧化物这两者之一、或者这两者，也可以具有进行透气的透气部(未图示)。该透气部例如具有能够使第2上部电极层d2x表面的气体透过直至与第2固体电解质层s2之间的边界为止的可透气的形状。该透气部例如可以是网眼状或多孔介质的形状。

并且，优选该第2上部电极层d2x在第2固体电解质层s2上的厚度落在0.01μm～300μm的范围内。

此外，作为能够用于该第2上部电极层d2x及前述的第1上部电极层d1x的电极材料，只要是具有导电性的材料即可，可以并无特别限制地使用，例如可以举出：pt、pd、ag、au、w、mo、ta、nb、ni等金属、及含有这些金属的合金、不锈钢等金属类的导电体材料；钴铁酸锶镧(lscf)、铁酸钡类、钴锰氧化物、镍酸镧(lanthanumnickelate)等陶瓷类的氧-电子混合导体、作为ito或fto等锡氧化物类及azo或gzo等锌氧化物类的透明电极材料、上述材料的混合物或载体、与上述固体电解质混合而得到的金属陶瓷等，但并不限定于此。

(第2追加电极层d2a：任意层)

另外，例如图1所示，第2追加电极层d2a设置在第2通孔p2内的第2开口部p2a附近，且与第2下部电极层d2y电连接。通过该第2追加电极层d2a，能够降低包括与该第2追加电极层d2a电连接的第2下部电极层d2y在内的电阻值，并且能够降低与第2固体电解质层s2之间的接触电阻。

优选该第2追加电极层d2a的厚度落在0.01μm～300μm的范围内。

此外，也可以省略该第2追加电极层d2a。在此情况下，第2下部电极层d2y的表面成为在第2通孔p2侧露出的状态。

此外，该第2追加电极层d2a及上述的第1追加电极层d1a，可以使用所述的电极材料的中催化性能(氧吸附性、解离作用等)优异的材料，具体地说可以举出pt、pd、ag、ni等金属、钴铁酸锶镧(lscf)、铁酸钡类、钴锰氧化物、镍酸镧等陶瓷类的氧-电子混合导体、上述材料的混合物或负载在载体上的上述材料、与上述固体电解质混合而得到的金属陶瓷等。

(串联连接的构造)

在这里，着眼于上述的第1固体电解质层s1和第2固体电解质层s2串联连接的部分的结构进行说明。

例如图1、图2所示，第1下部电极层d1y具有被第1固体电解质层s1覆盖的第1区域e1和未被第1固体电解质层s1覆盖的第2区域e2。

并且，第1下部电极层d1y的第2区域e2的一部分被第2上部电极层d2x覆盖。由此，该第1下部电极层d1y与第2上部电极层d2x电连接。

进而，第2固体电解质层s2的侧面s2x的一部分被第2上部电极层d2x覆盖。特别地，例如图1所示，第2上部电极层d2x从第2固体电解质层s2的上表面s2a起覆盖至侧面s2x的一部分为止。更详细地说，第2上部电极层d2x从第2固体电解质层s2的一端上起延展至第1下部电极层d1y的一端上。

通过上述串联连接的构造，该第2固体电解质层s2与第2下部电极层d2y电连接。

即，通过如上所述的构造，第1下部电极层d1y和第2上部电极层d2x在第1主表面10a侧电连接。即，第1固体电解质层s1和第2固体电解质层s2经由第1下部电极层d1y及第2上部电极层d2x电气串联连接。

此外，第1上部电极层d1x与第1电位连接，第2下部电极层d2y与不同于第1电位的第2电位连接。更具体地说，第1上部电极层d1x与直流电源的正极或负极的其中任意一方电连接，第2下部电极层d2y与直流电源的正极或负极的其中另一方电连接。

在这里，作为串联连接的具体例子，说明固体电解质集成器件100连接直流电源v的情况。图3是表示将多个固体电解质集成器件串联连接而成的固体电解质集成器件的结构的一个例子的俯视图。另外，图4是表示将多个固体电解质集成器件串联连接而成的固体电解质集成器件的结构的其它例子的俯视图。另外，图5是表示将多个固体电解质集成器件串联连接而成的固体电解质集成器件的结构的又一个例子的俯视图。

在该图3至图5的例子中，第1上部电极层d1x与直流电源v的负极电连接，第2下部电极层d2y与直流电源v的正极电连接。

并且，例如在图3所示的固体电解质集成器件中，具有由包含第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2的多个(这里为12个)固体电解质器件构成的单元为全部串联连接的构造。该图3所示的结构具有作为电路能够进行路径选择的优点。

另外，在图4所示的固体电解质集成器件中，具有由包含第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2的多个(这里为5个)固体电解质器件串联连接而成的单元u1、u2并联连接的构造。该图4所示的构造具有下述优点，即，即使其中一个单元内发生故障，也能够通过另一个单元正常动作而实现所期望的功能。

另外，在图5所示的固体电解质集成器件中，具有由包含第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2的多个(这里为2个)固体电解质器件并联连接而成的多个(3个)单元u3～u5彼此串联连接的构造。从而具有下述优点，即，即使在单个单元内的一个固体电解质器件发生故障的情况下，也能够通过该单元的其余固体电解质器件正常动作而实现所期望的功能。

在这里，例如在将固体电解质集成器件100应用于如氧浓缩器这样以气体作为阴离子而使其通过固体电解质层内的装置的情况下，如图3至图5的例子所示，在第1上部电极层d1x与直流电源v的负极电连接、第2下部电极层d2y与直流电源v的正极电连接时，基板10的第1主表面10a侧的空间内的氧成为氧离子，穿过固体电解质集成器件100而使得基板10的第2主表面10b侧的空间内的氧浓缩。由此，能够控制各空间内的氧浓度。

另外，例如在将固体电解质集成器件100应用于制氢器这样以气体作为阳离子而使其通过固体电解质层内的装置的情况下，在第1上部电极层d1x与直流电源v的正极电连接、第2下部电极层d2y与直流电源v的负极电连接时，基板10的第1主表面10a侧的、例如水蒸气中的氢作为质子穿过固体电解质集成器件100，从而能够向基板10的第2主表面10b侧的空间内供给氢。

上述本实施方式所涉及的固体电解质集成器件100，通过将包含第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2的多个固体电解质层串联电连接，从而能够以较低的电流值实现所期望的功能。

并且，由于本实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的串联电连接的第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2设置在具有规定的刚性的玻璃等构成的基板10的第1主表面10a上(第1下部电极层d1y、第2下部电极层d2y上)，因此，能够降低施加在第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2上的应力。

即，根据本实施方式所涉及的固体电解质集成器件，能够将多个固体电解质层串联连接而减少电流，并且能够降低施加在固体电解质层的应力。

在这里，固体电解质集成器件100并不限定于上述的图1、图2所示的结构，也可以是下述图6至图11所示的变形例1至3所示的结构。

(变形例1)

图6是表示变形例1所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。另外，图7是从第1主表面10a侧观察图6所示的固体电解质集成器件100的基板10的仰视图。此外，图6的剖面对应于图7的沿着a－a线的剖面。

如该图6、图7所示，也可以在与沿上下方向贯穿第1上部电极层d1x且垂直于第1主表面10a的法线n1相同的方向上，设置第5通孔d1xp。

相同地，在第2上部电极层d2x也可以设置第6通孔d2xp，沿上下方向贯穿且穿过第2下部电极层d2y的第4通孔d2yp的、垂直于第1主表面10a的法线n2，穿过该第6通孔d2xp。

此外，在该变形例1中，基板10的第1通孔p1及第2通孔p2具有剖面为长方形(多边形)的形状。

该变形例1所涉及的固体电解质集成器件100的其它结构与第1实施方式相同。

(变形例2)

图8是表示变形例2所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。另外，图9是从第1主表面10a侧观察图8所示的固体电解质集成器件100的基板10的仰视图。此外，图8的剖面对应于图9的沿着a－a线的剖面。

如该图8、图9所示，第1下部电极层d1y也可以以覆盖第1通孔p1的位于第1主表面10a侧的第1开口部p1a整体的方式，设置在第1主表面10a上。

相同地，第2下部电极层d2y也可以以覆盖第2通孔p2的位于第1主表面10a侧的第2开口部p2a整体的方式，设置在第1主表面10a上。

该变形例2所涉及的固体电解质集成器件100的其它结构与第1实施方式相同。

(变形例3)

图10是表示变形例3所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。图11是从下方观察沿着图10所示的固体电解质集成器件100的基板10的第1主表面10a的平面附近的结构的仰视图。此外，图10的剖面对应于图11的沿着a－a线的剖面。

如该图10、图11所示，第1上部电极层d1x也可以设置为，在穿过第1通孔p1且垂直于第1主表面10a的法线n1所穿过的第1固体电解质层s1上延展。

相同地，第2上部电极层d2x可以设置为，在穿过第2通孔p2且垂直于第1主表面10a的法线n2所穿过的第2固体电解质层s2上延展。

该变形例3所涉及的固体电解质集成器件100的其它结构与第1实施方式相同。

下面，以上述的图6所示的变形例1的结构作为一个例子，说明使具有上述结构的多个固体电解质层集成而得到的固体电解质集成器件100的制造方法。此外，对于第1实施方式及其它变形例也同样地得以说明。

图12至图16是表示图6所示的变形例1的固体电解质集成器件100的制造方法的各个工序的一个例子的剖面图。

首先，如图12所示，准备具有第1主表面10a和位于第1主表面10a相反侧的第2主表面10b、表面有绝缘性的基板10(第1工序)。

然后，如图13所示，在基板10的第1主表面10a上形成具有导电性的第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y(第2工序)。

例如通过将含有金属油墨的糊膏图案(pastepattern)印刷在基板10的第1主表面10a上，对该印刷好的糊膏图案进行烧制，从而能够在基板10的第1主表面10a上选择性地形成第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y。

此外，通过在基板10的第1主表面10a上选择性地形成掩模抗蚀层而进行遮蔽后，通过溅射或印刷等形成含有金属的薄膜，然后剥离掩模抗蚀层并对残留在基板10的第1主表面10a上的该薄膜进行烧制，也能够在基板10的第1主表面10a上选择性地形成第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y。

然后，如图14所示，形成第1固体电解质层s1及第2固体电解质层s2，该第1固体电解质层s1设置在第1下部电极层d1y上，与第1下部电极层d1y电连接，具有离子传导性，该第2固体电解质层s2与第1固体电解质层s1分离地设置在第2下部电极层d2y上，与第2下部电极层d2y电连接，具有离子传导性(第3工序)。

例如，可以利用平板印刷技术，通过rf(radiofrequency)溅射而选择性地将固体电解质成膜并烧制，从而形成第1固体电解质层s1及第2固体电解质层s2。

然后，如图15所示，隔着第1固体电解质层s1而与第1下部电极层d1y分离地，在第1主表面10a侧，形成第1上部电极层d1x(第4工序)。

进而，在该第4工序中，隔着第2固体电解质层s2而与第2下部电极层d2y分离地，在第1主表面10a侧，形成第2上部电极层d2x。

例如隔着第1固体电解质层s1而与第1下部电极层d1y分离地在第1主表面10a侧印刷含有金属油墨的糊膏图案，并且隔着第2固体电解质层s2而与第2下部电极层d2y分离地在第1主表面10a侧印刷含有金属油墨的糊膏图案。

然后，通过对该印刷好的糊膏图案进行烧制，从而能够选择性地形成与第1固体电解质层s1电连接的第1上部电极层d1x、及与第2固体电解质层s2电连接的第2上部电极层d2x。

此外，通过在基板10的第1主表面10a侧选择性地形成掩模抗蚀层而进行遮蔽后，通过溅射或印刷等形成含有金属的薄膜，然后剥离掩模抗蚀层并对残留在基板10的第1主表面10a侧的该薄膜进行烧制，也能够在基板10的第1主表面10a侧选择性地形成第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y。

此外，通过该图15所示的工序，使得第1下部电极层d1y和第2上部电极层d2x在第1主表面10a侧电连接。

然后，如图16所示，从基板10的第2主表面10b侧形成贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2(第5工序)。

例如，可以通过利用反应离子蚀刻(rie：reactiveionetching)从第2主表面10b侧选择性地蚀刻基板10，从而形成第1通孔p1及第2通孔p2。

特别地，第1通孔p1形成为，使得第1下部电极层d1y覆盖第1通孔p1的第1主表面10a侧的第1开口部p1a的一部分。同样地，第2通孔p2形成为，使得第2下部电极层d2y覆盖第2通孔p2的第1主表面10a侧的第2开口部p2a的一部分。

然后，在上述图16所示的第5工序之后，在第1通孔p1内的第1开口部p1a附近，形成与第1下部电极层d1y电连接的第1追加电极层d1a。并且，在第2通孔p2内的第2开口部p2a附近，形成与第2下部电极层d2y电连接的第2追加电极层d2a(第6工序)。

例如从第2主表面10b侧，将含有金属油墨的糊膏图案印刷在第1通孔p1内的第1开口部p1a附近及第2通孔p2内的第2开口部p2a附近，对该印刷好的糊膏图案进行烧制。由此，能够选择性地形成第1追加电极层d1a及第2追加电极层d2a。

此外，也可以在基板10的第2主表面10b侧选择性地形成掩模抗蚀层而进行遮蔽后，通过溅射或印刷等形成含有金属的薄膜，然后剥离掩模抗蚀层并对残留在第1通孔p1内的第1开口部p1a附近及第2通孔p2内的第2开口部p2a附近的该薄膜进行烧制。由此，能够选择性地形成第1追加电极层d1a及第2追加电极层d2a。

通过以上工序，完成图6所示的变形例1的固体电解质集成器件100。

特别地，根据上述制造方法，由于第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2设置在具有规定的刚性的基板10的第1主表面10a上(第1下部电极层d1y、第2下部电极层d2y上)(图14的第3工序)，因此，能够降低在制造时施加在第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2上的机械应力。

在这里，在上述的图12至图16所示的制造方法中，基板的通孔是在形成了固体电解质集成器件的各个结构之后形成的，但也可以在形成固体电解质集成器件的各个结构之前，预先形成基板的通孔。

因此，对于在形成固体电解质集成器件的各个结构之前预先形成基板的通孔的固体电解质集成器件100的制造方法的其它例子，以上述图6所示的变形例1的结构作为一个例子进行说明。此外，对于第1实施方式及其它变形例也同样地可以说明。

图17至图24是表示图6所示的变形例1的固体电解质集成器件100的制造方法的各个工序的另一个例子的剖面图。

首先，如图17所示，与上述第1工序相同地，准备具有第1主表面10a和位于第1主表面10a相反侧的第2主表面10b、表面有绝缘性的基板10。

然后，如图18所示，例如通过反应离子蚀刻，形成贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2。

然后，如图19所示，例如利用电镀法，将铜等金属z(临时填充体)填充在第1通孔p1及第2通孔p2内。在此情况下，如该图19所示，在第1主表面10a和第2主表面10b上也有金属z成膜。

然后，如图20所示，例如利用cmp(chemicalmechanicalpolishing)法，对基板10的第1主表面10a和第2主表面10b上的金属z的膜进行研磨而去除。

然后，如图21所示，与上述第2工序相同地，在基板10的第1主表面10a(含有第1通孔p1、第2通孔p2内的金属z的位于第1主表面10a侧的表面的面)上，形成具有导电性的第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y。

然后，如图22所示，与上述第3工序相同地，形成第1固体电解质层s1，其设置在第1下部电极层d1y上，与第1下部电极层d1y电连接。并且形成第2固体电解质层s2，其与第1固体电解质层s1分离地设置在第2下部电极层d2y上，与第2下部电极层d2y电连接。

然后，如图23所示，与上述第4工序相同地，隔着第1固体电解质层s1而与第1下部电极层d1y分离地，在第1主表面10a侧，形成与第1固体电解质层s1电连接、具有导电性的第1上部电极层d1x。并且，隔着第2固体电解质层s2而与第2下部电极层d2y分离地，在第1主表面10a侧，形成与第2固体电解质层s2电连接、具有导电性的第2上部电极层d2x。

此外，通过该图23所示的工序，使得第1下部电极层d1y和第2上部电极层d2x在第1主表面10a侧电连接。

然后，如图24所示，与上述第5工序相同地，从基板10的第2主表面10b侧，形成贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2。

在这里，可以例如利用湿法蚀刻而从第2主表面10b侧选择性地蚀刻第1通孔p1、第2通孔p2内的金属z(临时填充体)，从而形成第1通孔p1及第2通孔p2。

然后，在上述图24所示的工序之后，与上述第6工序相同地，在第1通孔p1内的第1开口部p1a附近形成与第1下部电极层d1y电连接的第1追加电极层d1a。并且，在第2通孔p2内的第2开口部p2a附近，形成与第2下部电极层d2y电连接的第2追加电极层d2a。

通过以上工序，能够制造图6所示的变形例1所涉及的固体电解质集成器件100。

【第2实施方式】

在上述第1实施方式中，说明了下部电极层以覆盖基板的通孔的位于第1主表面侧的开口部的一部分的方式设置在第1主表面上的结构。

但如此前描述的那样，即使将下部电极层以框入基板的通孔的第1主表面侧的开口部的一部分的方式设置在第1主表面上，也能够实现固体电解质集成器件的离子通过性的功能。

因此，在本第2实施方式中，说明将下部电极层以框入基板的通孔的第1主表面侧的开口部的一部分的方式设置在第1主表面上的、固体电解质集成器件的例子。

图25是表示第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的一个例子的剖面图。此外，在图25的例子中，示出了对1个固体电解质层(1个单元)具有1个通孔的情况。另外，在该图25中，与图1的标号相同的标号表示与第1实施方式相同的结构，省略其说明。

例如图25所示，第2实施方式所涉及的、集成了多个固体电解质层(固体电解质的层)的固体电解质集成器件100具有基板10、第1下部电极层d1y、第1固体电解质层s1、第1上部电极层d1x、第2下部电极层d2y、第2固体电解质层s2和第2上部电极层d2x。由此，第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100与第1实施方式相比，省略了第1追加电极层d1a和第2追加电极层d2a。

并且，第1下部电极层d1y以框入第1通孔p1的位于第1主表面10a侧的第1开口部p1a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。

并且，第2下部电极层d2y以框入第2通孔p2的位于第1主表面10a侧的第2开口部p2a的一部分的方式，设置在第1主表面10a上。

该第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的其它结构与第1实施方式相同。

即，与第1实施方式相同地，第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100通过将包含第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2的多个固体电解质层串联地电连接，从而能够以较低的电流值实现所期望的功能。

并且，第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的、串联地电连接的第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2，设置在具有规定的刚性的玻璃等构成的基板10的第1主表面10a上(第1下部电极层d1y、第2下部电极层d2y上)。因此，能够降低施加在第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2上的应力。

即，根据本实施方式所涉及的固体电解质集成器件，能够将多个固体电解质层串联连接而减少电流，并且能够降低施加在固体电解质层的应力。

下面，就具有上述结构的第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的制造方法，以上述图25所示的结构作为一个例子进行说明。

图26至图30是表示图25所示的第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100的制造方法的各个工序的一个例子的剖面图。

首先，如图26所示，与上述第1工序相同地，准备具有第1主表面10a和位于第1主表面10a相反侧的第2主表面10b、表面有绝缘性的基板10。

然后，如图27所示，与上述第2工序相同地，在基板10的第1主表面10a(含有第1通孔p1、第2通孔p2内的金属z的第1主表面10a侧的表面的面)上，形成具有导电性的第1下部电极层d1y及第2下部电极层d2y。

然后，如图28所示，与上述第3工序相同地，形成第1固体电解质层s1，其设置在第1下部电极层d1y上，与第1下部电极层d1y电连接，具有离子传导性。并且形成第2固体电解质层s2，其与第1固体电解质层s1分离地设置在第2下部电极层d2y上，与第2下部电极层d2y电连接，具有离子传导性。

然后，如图29所示，与上述第4工序相同地，隔着第1固体电解质层s1而与第1下部电极层d1y分离地，在第1主表面10a侧，形成与第1固体电解质层s1电连接、具有导电性的第1上部电极层d1x。并且，隔着第2固体电解质层s2而与第2下部电极层d2y分离地，在第1主表面10a侧，形成与第2固体电解质层s2电连接、具有导电性的第2上部电极层d2x。

此外，通过该图29所示的工序，使得第1下部电极层d1y和第2上部电极层d2x在第1主表面10a侧电连接。

然后，如图30所示，与上述第5工序相同地，从基板10的第2主表面10b侧，形成贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2。

然后，形成贯穿第1主表面10a和第2主表面10b之间的第1通孔p1及第2通孔p2，进而从基板10的第2主表面10b侧，从第1通孔p1连续地形成贯穿第1下部电极层d1y的第3通孔d1yp、以及从第2通孔p2连续地形成贯穿第2下部电极层d2y的第4通孔d2yp。

特别地，第1下部电极层d1y以框入第1通孔p1的第1主表面10a侧的第1开口部p1a的方式开口，并且第2下部电极层d2y以框入第2通孔p2的第1主表面10a侧的第2开口部p2a的方式开口。

在这里，如上述所示，通过利用反应离子蚀刻从第2主表面10b侧选择性地蚀刻基板10，从而能够形成第1通孔p1及第2通孔p2。进而，通过利用条件不同的反应离子蚀刻，从第2主表面10b侧经由该第1通孔p1对第1下部电极层d1y选择性地进行蚀刻，经由第2通孔p2对第2下部电极层d2y选择性地进行蚀刻，从而能够形成第3通孔d1yp及第4通孔d2yp。

通过以上工序，能够制造图25所示的第2实施方式所涉及的固体电解质集成器件100。

此外，也可以在形成第1下部电极层d1y和第2下部电极层d2y时(图27所示的工序)或之后预先形成第3通孔d1yp、第4通孔d2yp，然后，从基板10的第2主表面10b侧，以与第3通孔d1yp相连续地连接的方式形成第1通孔p1，以及以与第4通孔d2yp相连续地连接的方式形成第2通孔p2。

另外，第1固体电解质层s1、第2固体电解质层s2及第1上部电极层d1x、第2上部电极层d2x的构造也可以与第1实施方式、变形例1至3相同。

以上说明了本发明的若干实施方式，但这些实施方式仅是作为例子进行的提示，并不用于限定本发明的范围。这些实施方式可以以其它各种方式实施，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在本发明的范围及其主旨中，相同地，这些实施方式及其变形包含在本申请的权利要求书中记载的发明、以及其等同范围内。

标号的说明

100固体电解质集成器件

10基板(基板)

10a第1主表面

10b第2主表面

d1y第1下部电极层

s1第1固体电解质层

d1x第1上部电极层

d1a第1追加电极层

d2y第2下部电极层

s2第2固体电解质层

d2x第2上部电极层

d2a第2追加电极层

p1第1通孔

p2第2通孔