采用半导体探针的量子电池的试验装置及试验方法

文档序号:7242222
采用半导体探针的量子电池的试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明提供一种能够在量子电池的制作工艺中途进行充电层的电特性评价的采用半导体探针的量子电池的试验装置以及试验方法。具备:将导电性的电极54和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层56层叠在支持体52上所构成的半导体探针50,对半导体探针50所具备的电极54与层叠有二次电池用充电层18的基极电极14之间施加电压的电压源62,和对半导体探针50所具备的电极54与层叠有充电层18的基极电极14之间所流动的电流进行测定的电流计64;对充电层18的电流-电压特性进行测定。
【专利说明】采用半导体探针的量子电池的试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于利用紫外线照射所导致的金属氧化物的光激发构造变化从而在带隙中形成能级而捕获电子的新的动作原理,所进行的全固体电池的试验装置以及试验方法。
【背景技术】
[0002]在电动汽车、移动机器中所使用的二次电池,多搭载有镍-氢二次电池。最近处于锂离子电池作为能够更加高输出化、大容量化的二次电池被开发出并开始实用化的阶段。
[0003]锂离子电池,在正极中使用含有锂的金属多氧化物,在负极中使用碳等能够收容、放出锂的材料,含浸由能够离子解离的锂盐和能够将其溶解的有机溶剂所构成的电解液。(参考专利文献I等)。
[0004]由于电解液为液体,因此具有漏液的可能性,由于使用了可燃物,因此有必要提高错误使用时的电池的安全性,因此,也公开了代替电解液而使用了固体电解质的全固体锂二次电池(参考专利文献2等)。
[0005]锂离子电池 ,由于使用作为稀有金属的锂,因此在成本上变得高价,从性能方面考虑,也期望更加高性能且大容量的二次电池。
[0006]在这样的状况下,本申请
【发明者】提出了能够通过简单的构成而达成低成本化以及稳定动作的全固体型半导体电池(以下,称作量子电池)(PCT/JP2010-067643)。
[0007]量子电池,是将基板、导电性的基极电极、通过使被绝缘性物质覆盖的η型金属氧化物半导体进行光激发构造变化从而在带隙中形成能级而捕获电子的充电层、P型半导体层、以及导电性的对向电极进行层叠而构成。在基极电极与对向电极之间连接电源而对充电层进行充电。
[0008]这样的量子电池,在其制作工艺中进行用于确认功能的电流-电压特性以及充放电特性的评价。
[0009]电流-电压特性,一般而言作为评价半导体的特性的方法而被周知,但是,对于二次电池也适用于性能评价。
[0010]例如,有下述方法:基于混合动力车辆用电池的放电时和充电时的电压与电流的测定值来检测出内阻,推测出正确的电池-电压特性而检测出更正确的电池的内阻(参考专利文献3等);将电池的输出范围分割成多个区域,对每一区域测定设定组数的电压和电流,基于这些测定值来特定出电池的电流-电压特性,基于该电流-电压特性来演算出电池的最大输出的方法(参考专利文献4等)。
[0011]此外,在量子电池的制作中,作为二次电池的性能由于依存于充电层,因此,与在成为完成品后进行评价相比,通过在制作工艺中在层叠了充电层的中途阶段进行充电层的评价,能够进行更有效率的制作。
[0012]在制作工艺的中途阶段进行功能评价是在半导体的领域中进行的手段,例如,存在着以不实际制成场效应型薄膜晶体管、而对成为其活性层的半导体的电特性直接进行测定为目的,在被绝缘膜覆盖的测定用栅极电极的两侧使测定用源极电极以及测定用漏极电极分别露出设置的测定装置。
[0013]如果使测定用源极电极、测定用漏极电极以及其间的绝缘膜的各露出面与半导体的表面接触,则由该接触部分构成共面(coplanar)型的拟似场效应型薄膜晶体管。由此,在制成元件前,能够进行与元件制成后的通常的共面型的场效应型薄膜晶体管的情况同等的测定(参考专利文献5等)。
[0014]此外,也提出了:使用拟似M0SFET,在对SOI基板进行评价时以良好精度测定电流-电压特性,使由于历时变化所导致的影响为最小限度而得到再现性良好的值的方法(参考专利文献6等);用于进行测定的半导体探针(参考专利文献7等)。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本特开2002-141062号公报
[0018]专利文献2:日本特开2007-5279号公报
[0019]专利文献3:日本特开2000-21455号公报
[0020]专利文献4:日本特开2000-19233号公报
[0021]专利文献5:日 本特开平06-275690号公报
[0022]专利文献6:日本特开2001-267384号公报
[0023]专利文献7:日本特开2005-524925号公报

【发明内容】

[0024]发明所要解决的课题
[0025]然而,量子电池为基于新原理的全固体型的二次电池,为了在其制作工艺的中途进行芯片的评价,进而对作为电池特性的充放电特性、电流-电压特性进行评价,无法直接适用以往的方法,必须要对量子电池特有的构造以及特征进行考虑。
[0026]本发明的目的是提供一种由能够在量子电池的制作工艺中途进行充电层的电特性评价的采用半导体探针的量子电池的试验装置以及试验方法。
[0027]用于解决课题的手段
[0028]本发明作为被测定物采用的对象是量子电池,是将导电性的基极电极、通过使被绝缘性物质覆盖的η型金属氧化物半导体进行光激发构造变化从而在带隙中形成能级而捕获电子的充电层、P型半导体层、以及导电性的对向电极层叠在基板上而构成。为了进行更加稳定的动作,也可在基极电极和充电层之间设置η型金属氧化物半导体的层。
[0029]为了在将充电层层叠于量子电池的时间点对充电层的电特性进行评价,可通过将进而被层叠在充电层上的层形成于半导体探针上,使该半导体探针与充电层接触来进行电特性测定,从而对最终的完成品的充电层的功能进行评价。
[0030]因此,半导体探针为将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上而构成。
[0031 ] 当制作中途的测定对象为导电性的基极电极和充电层、或者在导电性的基极电极上设置有η型金属氧化物半导体层和充电层的情况下,半导体探针的金属氧化物半导体为P型半导体,例如为氧化镍或者铜铝氧化物。[0032]此外,当制作中途的测定对象为在导电性的对向电极上设置有P型金属氧化物半导体层和充电层的情况下,也可在半导体探针的导电性层上设置η型金属氧化物半导体层。η型金属氧化物半导体例如为二氧化钛。
[0033]关于充电层,为了捕获电子,通过对被绝缘性物质覆盖的η型金属氧化物半导体照射紫外线而进行光激发构造变化,从而在带隙中形成能级。
[0034]通过使半导体探针的支持体为弹性体或者一部分具备弹性体部的构成,能够对朝向充电层垂直地推压的情况下的接触压力进行控制,能够使其以适当的压力接触。进而,使本发明的半导体探针接触的充电层的表面为微细的粒子的面,为了使探针的面密合于该面地接触,不仅需要压力,也需要使探针面具备柔软性。关于弹性体,作为材料,例如可使用弹性聚合物(elastomer)。
[0035]关于半导体探针的前端部的电极以及金属氧化物半导体层,对具备比半导体探针的前端部广的面积的充电层面,在对每一区域进行充电特性的评价的同时对充电层面整体的电特性进行评价。由此,能够对充电层面的特性的分布、偏差进行评价,也能够进行各区域间的差分测定。
[0036]通过使半导体探针的支持体为全面性覆盖充电层面的大小并具备多个由独立的电极以及金属氧化物半导体层所构成的层的构成,能够在使半导体探针接触由独立的电极以及金属氧化物半导体层所形成的层的状态下,对充电层的电特性的分布、偏差同时进行评价。
[0037]使用了上述的半导体探针的对充电层的电流-电压特性进行评价的电特性试验装置,其特征在于,具备:将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所 构成的半导体探针,对半导体探针所具备的电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压的电压源,和对半导体探针所具备的电极与层叠有充电层的基极电极之间所流动的电流进行测定的电流计;对充电层的电流-电压特性进行测定。
[0038]使用了上述的半导体探针的对充电层的电流-电压特性进行评价的电特性试验方法,其特征在于,使用将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针、对半导体探针所具备的电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压的电压源、和对半导体探针所具备的电极与层叠有充电层的基极电极之间所流动的电流进行测定的电流计,对充电层的电流-电压特性进行测定。
[0039]使用了上述的半导体探针的对充电层的充放电特性进行评价的充放电特性试验装置,其特征在于,具备:将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针,对半导体探针所具备的电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压而对充电层进行充电的电压源,与电压源平行连接了的负载电阻,和对负载电阻处的电压进行测定的电压计;对充电层进行充电,然后将电压源阻断,使来自充电层的电流流动至负载电阻,通过负载电阻处的电压测定,来对作为电池特性的充电层的充放电特性进行测定。
[0040]使用了上述的半导体探针的对充电层的充放电特性进行评价的充放电特性试验方法,其特征在于,使用将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针、对半导体探针所具备的电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压而对充电层进行充电的电压源、与电压源平行连接了的负载电阻、和对负载电阻处的电压进行测定的电压计,对充电层进行充电,然后将电压源阻断,使来自所述充电层的电流流动至所述负载电阻,通过负载电阻处的电压测定,来对作为电池特性的充电层的充放电特性进行测定。
[0041]如果能够对充电层的局部性的多个区域的电流-电压特性同时进行测定,则能够对特性的分布进行掌握,此外,对异常部位、不良部位的特定与修复变得容易。因此,适用以下的试验装置以及方法。
[0042]在使用了半导体探针的充电层的电特性试验装置中,通过在支持体上形成多个电极和金属氧化物半导 体层,能够对充电层的局部性的多个区域的电流-电压特性同时进行测定。
[0043]在使用了半导体探针的充电层的电特性试验方法中,通过使用在支持体上形成了多个电极和金属氧化物半导体层的半导体探针,能够对充电层的局部性的多个区域的电流-电压特性同时进行测定。
[0044]在使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验装置中,通过在支持体上形成多个电极和金属氧化物半导体层,能够对充电层的局部性的多个区域的充放电特性进行测定。
[0045]在使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验方法中,通过使用在支持体上形成了多个电极和金属氧化物半导体层的半导体探针,能够对充电层的局部性的多个区域的充放电特性进行测定。
[0046]发明的效果
[0047]根据本发明,在将基板、导电性的基极电极、通过使被绝缘性物质覆盖的η型金属氧化物半导体进行光激发构造变化从而在带隙中形成能级而捕获电子的充电层、P型半导体层、以及导电性的对向电极进行层叠而构成的量子电池中,通过具备电极和金属氧化物半导体层的半导体探针,能够在层叠了充电层的制作工艺中途对充电层的电特性,即电流-电压特性以及充放电特性进行评价。
[0048]通过在半导体探针的支持体中使用弹性体,能够实现半导体探针面和充电层面密合的均一接触,并且,能够对接触压力适当控制。
[0049]此外,通过使半导体探针的支持体为全面性覆盖充电层面的大小并作为具备多个由独立的电极以及金属氧化物半导体层所构成的层的构成,从而能够对充电层区域的特性的分布、偏差以及差分测定等同时进行测定,有效率的特性的掌握以及异常部位、不良部位的特定和修复变得容易。
【专利附图】

【附图说明】
[0050]图1是显示适用采用本发明的半导体探针的量子电池的试验装置以及试验方法的量子电池的构成的图。
[0051]图2是对量子电池的充电层进行说明的图。
[0052]图3是对光激发构造变化进行说明的能带图。
[0053]图4是对通过光激发构造变化所形成的新的能级进行说明的能带图。[0054]图5是对本发明的半导体探针进行说明的图。
[0055]图6是在支持体上设置了多个电极以及金属氧化物半导体的层叠部的半导体探针的一实施例的前端主视图。
[0056]图7是使用本发明的半导体探针对充电层的电流-电压特性进行评价的电特性试验装置的概略图。
[0057]图8是使用本发明的半导体探针对充电层的充放电特性进行评价的充放电特性试验装置的概略图。
[0058]图9是使用半导体探针对充电层的电流-电压特性进行测定的实施例。
[0059]图10是显示充电层的电流-电压特性的测定结果的图。
[0060]图11是使用半导体探针对充电层的充放电特性进行测定的实施例。
[0061]图12是显示充电层的充放电特性的测定结果的图。
【具体实施方式】
[0062]本发明为适用于作为二次电池的量子电池的采用半导体探针的量子电池的试验装置以及试验方法,所述量子电池基于在充电层中采用了光激发构造变化技术的新的充电原理,为了对本发明进行更明确的理解并说明,首先针对作为适用对象的量子电池的构造和原理进行说明,然后,对用于实施本发明的方式进行说明。 [0063]图1为显示适用本发明的量子电池的剖面构造的图。在图1中,量子电池10在基板12上形成有导电性的基极电极14,进而层叠有η型金属氧化物半导体层16、充电能量的充电层18、P型金属氧化物半导体层20、以及对向电极22。
[0064]基板12可为绝缘性的物质,也可为导电性的物质,例如,可使用玻璃基板、高分子膜的树脂片,或者使用金属箔片。
[0065]基极电极14和对向电极22只要形成导电膜即可,例如,作为金属材料,有包含铝Al的银Ag合金膜等。作为其形成方法,可列举出溅射、离子镀、电子束蒸镀、真空蒸镀、化学蒸镀等气相成膜法。此外,基极电极14和对向电极22可通过电解镀敷法、无电解镀敷法等来形成。作为在镀敷中所使用的金属,一般而言可使用铜、铜合金、镍、铝、银、金、锌或锡等。
[0066]η型金属氧化物半导体层16,作为材料使用二氧化钛(Ti02)、氧化锡(SnO2)或者氧化锌(ZnO)。
[0067]如图2所示那样,在充电层18中填充有被绝缘性被膜覆盖的微粒的η型金属氧化物半导体,通过紫外线照射而进行光激发构造变化,成为具备充电功能的层。η型金属氧化物半导体被有机硅的绝缘性被膜覆盖。作为能够在充电层18中使用的η型金属氧化物半导体材料,二氧化钛、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)是适当的,也可为将二氧化钛、氧化锡以及氧化锌进行了组合的材料。
[0068]形成于充电层18上的P型金属氧化物半导体,为了防止来自上部的对向电极22的电子的注入而被设置。作为P型金属氧化物半导体层20的材料,可使用氧化镍(NiO)、铜铝氧化物(CuAlO2)等。
[0069]充电层18的二氧化钛,通过有机硅而形成有绝缘被膜,但是,并不一定成为均一的被膜,而是产生不均,在严重的情况下,也会发生并不形成被膜而与电极直接接触的情况。在这样的情况下,会由于再结合而使电子被注入至二氧化钛中,在带隙中并不形成能级,充电容量降低。因此,为了抑制充电容量的降低并成为更加高性能的二次电池,如图1中所示那样,在基极电极14和充电层18之间形成η型金属氧化物半导体层16。
[0070]图3 (Α)、(Β)为了说明进行了紫外线照射的充电层由于光激发构造变化而形成新的能级的基本现象而显示模型构造的能带图。
[0071]图3 (A)的能带图由电极30、中间结晶层32以及η型金属氧化物半导体层34所构成。在导带36和价带38之间存在有费米能级40,电极30的费米能级40接近于导带36,η型金属氧化物半导体层34的费米能级40存在于导带36和价带38的中间。如果照射紫外线42,则位于中间结晶层32的价带38的电子44被激发至导带36。
[0072]在图3 (B)所示的紫外线照射中的状态下,通过紫外线42的照射,在中间结晶层32的区域中的价带38的电子44被激发至导带36,被激发的电子44通过导带36的倾斜被收容于电极30的导带36中。另一方面,在价带38中储存有电子44脱离后的空穴46。在中间结晶层32中,在紫外线激发和再结合之间产生时间差,由于该时间差的存在,原子进行再排列。因此,残留在中间结晶层32的价带38中的空穴46在带隙中移动,形成新的能级48。
[0073]图4显示通过紫外线42的照射而在中间结晶层32的带隙中形成了新的能级48的再结合后的状态。仅在电极30和η型金属氧化物半导体层34的界面也观测到带隙中的电子密度的增加、内层电子的化学位移,可认为原子间隔变化。
[0074]这样,说明了通过对η型金属氧化物半导体层34照射紫外线42而能够在带隙内形成新的能级48,但是,作为二次电池,利用该新形成的能级48,能够在电极和η型金属氧化物半导体之间由绝缘层形成障壁并对电子进行控制,而具有充电功能。
[0075]图1中所示的充电层18,如图1以及图2中说明地那样,为形成有由有机硅形成的绝缘被膜28的以二氧化钛作为材料的η型金属氧化物半导体26。在该情况下,在二氧化钛和基极电极之间具有由绝缘层所形成的障壁。
[0076]量子电池通过对被形成于带隙的能级从外部施加电压来形成电场并使电子充满,通过将负载与电极连接,来使电子放出并取出能量,而达成作为电池的功能。通过反复进行该现象,能够作为二次电池来使用。
[0077]量子电池的制作工艺,为在基板上依次层叠功能层的工艺,但是,充电层的功能最重要,如果不等到量子电池完成而能够在层叠了充电层的时间点进行评价,则不仅能够去除不良品并能够确立有效率的量产工艺,而且也能够进行异常部位、不良的特定的原因探讨,生产设备的修理、管理也变得容易。
[0078]图5是显示在量子电池的制作工艺中在充电层层叠后进行功能评价的本发明的半导体探针。另外,所谓充电层层叠后,是指层叠充电层并照射紫外线而在充电层内的η型金属氧化物半导体中激发了光激发构造变化的状态。
[0079] 在图5中,半导体探针50在作为绝缘物的支持体52上层叠有由导电性金属所构成的电极54和金属氧化物半导体56。将图1中所示的在量子电池10中的充电层18层叠后的功能层设置于半导体探针50,对层叠有充电层18的制作中途的量子电池10,使半导体探针50在充电层18上垂直地密合。由此,能够进行作为量子电池的动作,能够对充电层进行评价。
[0080] 评价试验用的半导体探针50的电极54只要能够得到导电性即可,而并非一定需要为与目标的量子电池10相同的材料、层厚,可使用金属板、镀敷板或导电性树脂等。
[0081]相对于此,金属氧化物半导体56,虽并未限定,但是,优选为与作为目标的量子电池10相同材料且相同层厚。这是因为,对于充电层18,使电特性的评价精度更加提高。
[0082]金属氧化物半导体56的材料根据作为被测定物的量子电池10的功能层的层叠顺序而不同。对于图1中所示的量子电池10,当在基板12上层叠有η型金属氧化物半导体层16和充电层18的状态时,由于在其上层叠P型金属氧化物半导体层20和对向电极22,因此,半导体探针50的金属氧化物半导体56为P型金属氧化物半导体,并为与作为目标的量子电池10的材料以及层厚相同。
[0083]量子电池10,并不需要为如图1中所示那样的功能层的层叠顺序,也可为在基板12上依次层叠对向电极22、ρ型金属氧化物半导体层20、充电层18、η型金属氧化物半导体层16和基极电极14的构造。在该情况下,在层叠了充电层18后的评价中所使用的半导体探针50,使金属氧化物半导体56为η型金属氧化物半导体。
[0084]支持体52为易于对半导体探针50进行操作的形状即可,此外,优选为绝缘性的材料。此外,也可使支持体52具有用于使半导体探针50的前端部与充电层密合的功能,在该情况下,使支持体52为弹性体并对半导体探针50加压。通过透过弹性体来对半导体探针50与充电层18的接触压力进行控制而以适当的压力加压,能够使密合性提高。具体的弹性体材料,例如有弹性聚合物,可使用各种弹性聚合物。
[0085]使支持体52为弹性体的目的是因为,沿着由微细的粒子所形成的充电层18的凹凸面而以适当的接触压力使半导体探针50与充电层18的密合性为良好,根据该目的,也可使支持体52的一部分为弹性体,形成固体和弹性体的层叠构造。 [0086]关于半导体探针50的前端形状,更详细而言,电极54和金属氧化物半导体56的层叠部分的形状,作为一例也可为4角形。可为正方形,也可为长方形,这是因为,当量子电池10在平面上为4角形的情况下,能够对充电层18局部性地进行电特性的评价,通过多个部位的测定来对充电层面进行全面性覆盖。由此,进行异常部位、不良部位的特定变得容易。因此,为了以高精度来特定出异常部位、不良部位,只要为较小面积的前端形状即可。
[0087]另外,前端形状并非被限定于4角形,也可为圆形、椭圆形或者三角形,能够配合于作为被测定物的量子电池的形状而为能够有效率地进行测定的形状。
[0088]为了对多个部位的充电层18同时进行测定,可在支持体52上设置多个电极54和金属氧化物半导体56的层叠部。
[0089]图6为对半导体探针50的一实施例的前端部从正面进行观察的图,在支持体52的纵方向和横方向上分别各排列5个电极54和金属氧化物半导体56的层叠部。图6的虚线表示充电层18的充电对应区域58。这样,通过使用图6中所示的半导体探针50,能够针对将充电层18进行了部分性分割的区域来同时测定电特性。因此,能够对电特性的分布、偏差进行测定,进而也能够同时进行被分割成的各区域的差分测定。
[0090]另外,当制作中途的测定对象为在导电性的基极电极上设置有η型金属氧化物半导体层和充电层的情况下,半导体探针的金属氧化物半导体为P型半导体,也可在充电层被形成前,与η型金属氧化物半导体层接触,对作为二极管特性的PN接合进行评价,进行η型金属氧化物半导体层的试验。
[0091]同样地,当制作中途的测定对象为在导电性的对向电极上设置有P型金属氧化物半导体层和充电层的情况下,也能够使设置有η型金属氧化物半导体层的半导体探针与P型金属氧化物半导体层接触,对作为二极管特性的PN接合进行评价,来进行P型金属氧化物半导体层的试验。
[0092]接着,对使用了本发明的半导体探针的对电特性进行测定的试验装置进行说明。
[0093]图7为显示使用本发明的半导体探针测定电流-电压特性的电特性试验装置的概略的图。在图7中,被测定物60为在制作工艺中间阶段层叠了充电层18的制作中途的量子电池10,其层叠有基板12、基极电极14、η型金属氧化物半导体层16以及充电层18,充电层18产生由紫外线照射所导致的光激发构造变化。
[0094]使半导体探针50从垂直方向与该被测定物60接触,以适当的压力保持密合性。由此,成为作为量子电池的功能层全部被层叠了的状态。
[0095]为了对电流-电压特性进行测定,在半导体探针50的电极54和被测定物60的基极电极14之间,将电压源62和电流计64串联连接。电压源62能够控制电压值,通过测定出相对于来自电压源62的电压值的、电流计64处的电流值,从而得到电流-电压特性。
[0096]图8为显示使用本发明的半导体探针测定充放电特性的充放电特性试验装置的概略的图。在图8中,被测定物60为在制作工艺中间阶段层叠有充电层18的制作中途的量子电池10,其层叠有基板12、基极电极14、η型金属氧化物半导体层16以及充电层18,充电层18产生由紫外线照射所导致的光激发构造变化。
[0097]使半导体探针50从垂直方向与该被测定物60接触,并以适当的压力保持密合性。由此,成为作为量子电池的功能层全部被层叠了的状态。 [0098]为了对充放电特性进行测定,在半导体探针50的电极54和被测定物60的基极电极14之间,将电压源62、电压计66和负载电阻68并联连接。电压源62能够控制电压值,在以一定的电压对充电层18进行了充电后,将电压源62阻断,通过电压计66来测定出施加于负载电阻68的电压,根据相对于时间的经过的电压值,来得到充放电特性。
[0099](实施例1)
[0100]图9显示对将实际试作出的被测定物60通过使用了本发明的半导体探针50的电特性试验装置进行了测定的情况下的实施例。被测定物60在基板12中使用聚酰亚胺膜,在基极电极14中使用铜合金,在η型金属氧化物层16中使用二氧化钛。此外,充电层18为被有机硅覆盖了的二氧化钛微粒。
[0101]在半导体探针50的支持体中使用弹性聚合物74,对向电极54使用了铜合金,金属氧化物半导体56使用了氧化镍。通过弹性聚合物74的使用,使半导体探针50和充电层18的面的密合性提高。该对向电极54和金属氧化物56的层叠区域成为能够进行测定的测定区域76。进而,对与测定区域76相对应的被测定物60的充电层测定区域78的电特性进行测定。测定区域为8mmX25mm的大小。
[0102]将电压源62和电压计66以及电流测定用的电流计64连接于设置在弹性聚合物74上的电极(未图示)和被测定物60的基极电极14。如图9中所示那样,基极电极14为了进行配线连接而在基板面12上以比充电层18广的区域形成。电压源62为可变电压,而能够输出一定的电压范围。通过以该电特性试验机来对被测定物60进行测定,从而得到相对于电压的电流的关系。
[0103]图10为显示出在通过电压计66来对电压源62的电压值进行监测的同时取得的电流计64的值的数据的电流-电压特性特定结果。关于电压值,使其在一 2V~6V变化。X轴为电压值(V),Y轴为电流值(μ A)。在OV~IV附近的等效电阻为约IOM Ω,能够确认到作为二极管特性动作。另外,当使半导体探针50的测定区域76与被测定物60的电极14直接接触,并对电流-电压特性进行了测定的情况下,也得到二极管特性,也可确认到发挥半导体探针50的功能。
[0104](实施例2)
[0105]图11显示将实际试作出的被测定物60通过使用了本发明的半导体探针50的充放电特性试验装置进行测定的情况下的实施例。被测定物60在基板12中使用了聚酰亚胺膜,在基极电极14中使用了铜合金,在η型金属氧化物层中使用了二氧化钛。此外,充电层18为被有机硅覆盖了的二氧化钛微粒。
[0106]在半导体探针50的支持体中使用了弹性聚合物74,对向电极54使用了铜合金,金属氧化物半导体56使用了氧化镍。通过弹性聚合物74的使用,使半导体探针50和充电层18的面的密合性提高。该对向电极54和金属氧化物56的层叠区域成为能够进行测定的测定区域76。进而,对与测定区域76相对应的被测定物60的充电层测定区域78的充放电特性进行测定。
[0107]将电压源62和电压计66、负载电阻68并联连接于被设置在弹性聚合物74上的电极(未图示)和被测定物60的基极电极14。进而,为了在充电层18的充电后将电压源62阻断,与电压源62串联地设置开关80。
[0108]如图11中所示 那样,基极电极14为了进行配线连接而在基板面上以比充电层18广的区域形成。从电压源62对充电层18的充电层测定区域78进行充电,然后将开关80设为0FF,通过电压计来将负载电阻68的电压与经过时间一同进行测定。通过以该充放电特性试验机来对被测定物60进行测定,从而得到相对于负载电阻66的放电电压和经过时间的关系。
[0109]图12为对于通过电压源62将充电层18充电为1.5V,然后将开关80设为0FF,将负载电阻RL设为OPEN (106Ω以上)、IOMΩ、0.9MΩ的情况,在通过电压计66进行监测的同时获得的与时间的经过一同变化的电压的值的结果。X轴为经过时间(sec),Y轴为电压值(V)。根据结果,可以确认到显示作为二次电池的放电特性。
[0110]以上,虽然说明了本发明的实施方式,但是,本发明也包含不损害本发明的目的和优点的适当变形,进而,本发明不受上述的实施方式的限定。
[0111]符号说明
[0112]10:量子电池
[0113]12:基板
[0114]14:基极电极
[0115]16:n型金属氧化物半导体层
[0116]18:充电层
[0117]20:p型金属氧化物半导体层
[0118]22:对向电极
[0119]26:n型金属氧化物半导体
[0120]28:绝缘被膜[0121]30:电极
[0122]32:中间结晶层
[0123]34:n型金属氧化物半导体层
[0124]36:导带
[0125]38:价带
[0126]40:费米能级
[0127]42:紫外线
[0128]44:电子
[0129]46:空穴
[0130]48:能级
[0131]50:半导体探针 [0132]52:支持体
[0133]54:电极
[0134]56:金属氧化物半导体
[0135]58:充电对应区域
[0136]60:被测定物
[0137]62:电压源
[0138]64:电流计
[0139]66:电压计
[0140]68:负载电阻
[0141]74:弹性聚合物
[0142]76:测定区域
[0143]78:充电层测定区域
[0144]80:开关
[0145]82:PET 膜。
【权利要求】
1.一种半导体探针,其特征在于,是将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上而构成, 使所述半导体探针与二次电池用充电层接触而进行特性评价。
2.如权利要求1所述的半导体探针,其特征在于,所述金属氧化物半导体为P型半导体。
3.如权利要求2所述的半导体探针,其特征在于,所述P型半导体为氧化镍或者铜铝氧化物。
4.如权利要求1所述的半导体探针,其特征在于,所述金属氧化物半导体为η型半导体。
5.如权利要求4所述的半导体探针,其特征在于,成为特性评价的对象的二次电池用充电层隔着P型半导体而被层叠在电极上。
6.如权利要求4所述的半导体探针,其特征在于,η型金属氧化物半导体为二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的任一种。
7.如权利要求1所述的半导体探针,其特征在于,所述充电层,为了捕获电子,而通过对被绝缘性物质覆盖的η型金属氧化物半导体照射紫外线而进行光激发构造变化,从而在带隙中形成能级。
8.如权利要求1所述的半导体探针,其特征在于,所述支持体为弹性体。
9.如权利要求1所述的半导体探针,其特征在于,所述支持体在一部分具备弹性体。
10.如权利要求8或9所述的半导体探针,其特征在于,所述弹性体为弹性聚合物。
11.如权利要求10所述的半导体探针,其特征在于,在所述支持体上具备多个独立的所述电极以及所述金属氧化物半导体层。
12.一种使用了半导体探针的充电层的电特性试验装置,其特征在于,具备: 将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针, 对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压的电压源,和 对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有所述充电层的所述基极电极之间所流动的电流进行测定的电流计; 对所述充电层的电流-电压特性进行测定。
13.一种使用了半导体探针的充电层的电特性试验方法,其特征在于, 使用将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针、对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压的电压源、和对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有所述充电层的所述基极电极之间所流动的电流进行测定的电流计, 对所述充电层的电流-电压特性进行测定。
14.一种使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验装置,其特征在于,具备: 将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针, 对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压而对充电层进行充电的电压源, 与所述电压源平行连接了的负载电阻,和 对所述负载电阻处的电压进行测定的电压计; 对所述充电层进行充电,然后将电压源阻断,使来自所述充电层的电流流动至所述负载电阻,通过所述负载电阻处的电压测定,来对作为电池特性的所述充电层的充放电特性进行测定。
15.一种使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验方法,其特征在于, 使用将导电性的电极和由金属氧化物半导体所形成的金属氧化物半导体层层叠在支持体上所构成的半导体探针、对所述半导体探针所具备的所述电极与层叠有二次电池用充电层的基极电极之间施加电压而对充电层进行充电的电压源、与所述电压源平行连接了的负载电阻、和对所述负载电阻处的电压进行测定的电压计, 对所述充电层进行充电,然后将电压源阻断,使来自所述充电层的电流流动至所述负载电阻,通过所述负载电阻处的电压测定,来对作为电池特性的所述充电层的充放电特性进行测定。
16.如权利要求12所述的使用了半导体探针的充电层的电特性试验装置,其特征在于,在所述支持体上形成多个所述电极和所述金属氧化物半导体层,对所述充电层的局部性的多个区域的电流-电压特性进行测定。
17.如权利要求13所述的使用了半导体探针的充电层的电特性试验方法,其特征在于,使用在所述支持体上形成有多个所述电极和所述金属氧化物半导体层的半导体探针, 对所述充电层的局部性的多个区域的电流-电压特性进行测定。
18.如权利要求14所述的使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验装置,其特征在于,在所述支持体上形成多个所述电极和所述金属氧化物半导体层, 对所述充电层的局部性的多个区域的充放电特性进行测定。
19.如权利要求15所述的使用了半导体探针的充电层的充放电特性试验装置,其特征在于,使用在所述支持体上形成有多个所述电极和所述金属氧化物半导体层的半导体探针, 对所述充电层的局部性的多个区域的充放电特性进行测定。
【文档编号】H01L21/66GK104025274SQ201180074539
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2011年10月30日 优先权日:2011年10月30日
【发明者】出羽晴匡, 桧皮清康, 中泽明, 寺门信明 申请人:株式会社日本精密, 刮拉技术有限公司
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