蓄电元件以及蓄电元件的制造方法_2

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电极20既可以兼作基板,也可以如图1所示,与第1电极20独 立地设置基板10。以上就从第1电极20开始依次层叠的例子进行了说明,但也可以与之相 反,从第2电极50开始按p型半导体层40、蓄电层30以及第1电极20的顺序进行层叠。
[0050] 基板10既可以由绝缘性材料构成,也可以由导电性材料构成。作为基板10,例如 可以使用玻璃基板、半导体基板、金属基板、陶瓷基板、塑料基板、薄膜、树脂基板、金属片材 或者它们的组合。基板10既可以是刚直的,也可以是柔性的。作为基板10,也可以使用柔 性的片材。在此情况下,可以将蓄电元件100用作曲面部分,或者也可以用作能够折弯的用 途。
[0051] 第1电极20以及第2电极50只要含有导电性的材料,就没有特别的限定。作为 这样的导电性材料,可以使用金属、导电性氧化物、导电性树脂、导电性碳或者它们的组合。
[0052]作为金属,可以使用银、铜、金、铁、错、镁、鹤、钴、锌、镍、黄铜、白金、锡、络、铅、钛、 钼、它们的合金等。作为合金,可以列举出不锈钢等。
[0053] 作为导电性氧化物,可以使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化锑或者它们的混合物。 另外,作为可以得到透明电极的导电性氧化物,可以使用掺杂有锡的氧化铟(ITO:Indium TinOxide)。此外,该透明电极并不局限于ITO,可以使用氧化锡、氧化锌或者它们的混合 物。
[0054]作为导电性树脂,可以使用聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡略、聚对苯、聚对苯乙炔、 聚芴、聚噻吩乙炔、聚乙撑二氧噻吩、聚并苯或者它们的混合物。
[0055]作为导电性碳材料,可以使用碳黑、碳纳米管、导电性金刚石、导电性石墨或者它 们的组合。
[0056] 此外,在基板10使用导电性材料的情况下,也可以不形成第1电极20而将基板10 自身用作第1电极20。
[0057] 第1电极20的厚度例如在20nm~1ym的范围。第2电极50的厚度例如在20nm~ 1ym的范围。
[0058] 蓄电层30的剖视图如图2所示。蓄电层30由绝缘材料31和n型半导体粒子32 的混合物形成。换句话说,蓄电层30包含绝缘材料31、和埋入绝缘材料31中的n型半导体 粒子32。
[0059] 绝缘材料31由于作为在n型半导体粒子32内被捕获的电子的障碍发挥作用,因 而优选的是带隙(bandgap)比n型半导体粒子32宽的材料。作为绝缘材料31,例如可以 使用绝缘性树脂、无机绝缘物或者它们的混合物。
[0060] 作为绝缘性树脂,可以使用娃有机化合物(silicone)、聚乙條、聚丙條、聚苯乙條、 聚丁二烯、聚氯乙烯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚缩醛、聚酰亚胺、乙基 纤维素、醋酸纤维素、酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、烯丙基树脂、醇酸 树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、偏氯乙烯树脂、ABS树脂、聚氨酯、氯丁橡胶、赛璐 珞、聚乙烯醇缩甲醛、硅树脂、熔融氟树脂或者它们的混合物。作为绝缘性树脂,优选的是硅 有机化合物。绝缘性树脂既可以是热塑性树脂,也可以是热固性树脂。
[0061 ] 作为无机绝缘物,可以使用氧化物、氮化物、氮氧化物、矿物油、石蜡或者它们的混 合物。作为氧化物,可以使用氧化硅(Si-0)、氧化镁(Mg-0)、氧化铝(A1-0)、氧化钛(Ti-0)、 氧化镓(Ga-0)、氧化钽(Ta-0)、氧化错(Zr-0)、氧化铪(Hf-〇)、氧化络(Cr-0)、它们的混 合物等金属氧化物。典型地,作为金属氧化物,可以使用二氧化硅、氧化镁、氧化铝或者它 们的混合物。作为氮化物,可以使用氮化锗(Ge-N)、氮化铬(Cr-N)、氮化硅(Si-N)、氮化铝 (A1-N)、氮化铌(Nb-N)、氮化钼(Mo-N)、氮化钛(Ti-N)、氮化锆(Zr-N)、氮化钽(Ta-N)、它们 的混合物等金属氮化物。作为氮氧化物,可以使用氮氧化锗(Ge-0-N)、氮氧化铬(Cr-0-N)、 氮氧化硅(Si-0-N)、氮氧化铝(A1-0-N)、氮氧化铌(Nb-0-N)、氮氧化钼(Mo-0-N)、氮氧化 钛(Ti-0-N)、氮氧化锆(Zr-0-N)、氮氧化钽(Ta-0-N)、它们的混合物等金属氮氧化物。作 为无机绝缘物,可以使用含有Si和0的硅氧化物(例如,氧化硅(Si-0)、或者氮氧化硅 (Si-0-N))〇
[0062]n型半导体粒子32含有(a)包含钛、铌以及氧的材料、和(b)包含钛、钽以及氧的 材料之中的至少一方的材料。详细地说,n型半导体粒子32含有钛铌复合氧化物和钛钽复 合氧化物之中的至少一方的材料。蓄电层30只要发挥充放电功能,钛铌复合氧化物中的各 元素的比率就没有特别的限定。同样,钛钽复合氧化物中的各元素的比率也没有特别的限 定。
[0063] 含有钛、铌以及氧的材料(例如钛铌复合氧化物)中钛的含量、铌的含量以及氧的 含量的合计优选为80原子%以上。含有钛、钽以及氧的材料(例如钛钽复合氧化物)中钛 的含量、钽的含量以及氧的含量的合计优选为80原子%以上。
[0064] 钛铌复合氧化物不但是包含钛、铌以及氧的材料,而且也可以是包含钛、铌、氧以 及M1 (M1为选自钽、锡以及锌之中的至少1种元素)的材料。钛钽复合氧化物不但是包含钛、 钽以及氧的材料,而且也可以是包含钛、钽、氧以及M2(M2为选自铌、锡以及锌之中的至少1 种元素)的材料。
[0065] 钛铌复合氧化物实质上也可以由钛、铌以及氧构成。换句话说,n型半导体粒子32 实质上也可以由钛、铌以及氧构成。钛钽复合氧化物实质上也可以由钛、钽以及氧构成。换 句话说,n型半导体粒子32实质上也可以由钛、钽以及氧构成。在本说明书中,所谓"实质 上由? ??构成",意味着也可以在对材料特性不会产生大的影响的范围内(例如5原子% 以下、1原子%以下或者0. 1%以下)含有其它的成分。
[0066] 当n型半导体粒子32中少量含有铌或钽时,就具有提高蓄电元件100的充放电容 量的效果。n型半导体粒子32中钛和铌的重量比率(Ti:Nb)例如在95 : 5~5 : 95的 范围。更优选的范围之一是50 : 50~30 : 70。n型半导体粒子32中钛和钽的重量比率 (Ti:Ta)例如在95 : 5~5 : 95的范围。更优选的范围之一是50 : 50~30 : 70。
[0067] 蓄电层30的厚度例如在100nm~10ym的范围。
[0068] 蓄电层30中含有的n型半导体粒子32的平均粒径优选为lnm~20nm。优选为 l〇nm以下,更优选为6nm以下。n型半导体粒子32的平均粒径可以采用以下的方法算出。 首先,采用电子显微镜(SEM或者TEM)对n型半导体粒子32进行观察。求出所得到的图像 中特定的n型半导体粒子32的面积S,并根据以下的式子算出该n型半导体粒子32的粒径 a(a= 2X(S/3. 14)1/2)。算出任意50个n型半导体粒子32的粒径a,将其平均值定义为n 型半导体粒子32的1次粒子的平均粒径。
[0069]n型半导体粒子32优选的是微粒。n型半导体粒子32显示出n型半导体的性质。 蓄电层30优选具有在绝缘材料31的基体中分散有n型半导体粒子32的结构。
[0070] 蓄电层30中绝缘材料31和n型半导体粒子32的含有比率并没有特别的限定。绝 缘材料31和金属氧化物32的重量比率例如在1 : 99~99 : 1的范围。
[0071]p型半导体层40是为防止电子从第2电极50的注入而形成的。作为p型半导体 层40的材料,例如可以使用p型氧化物半导体。作为p型氧化物半导体,可以使用含有镍 氧化物、铜氧化物、铜铝氧化物、锡氧化物或者它们的混合物的材料。P型半导体层40的厚 度例如在20nm~1ym的范围。
[0072] 蓄电层30和p型半导体层40可以夹在第1电极10和第2电极50之间,该层叠 顺序也可以倒过来。在本实施方式中,蓄电层30与第1电极10接触。p型半导体层40与 蓄电层30接触。从蓄电层30-方看,在第1电极10的相反侧配置有p型半导体层40。第 2电极50与p型半导体层40接触。从p型半导体层40 -方看,在蓄电层30的相反侧配置 有第2电极50。但是,只要在不明显损害充放电动作的范围内,也可以适当地使中间层介于 各层之间。
[0073] 蓄电元件100的充放电机理考虑为如下那样。在蓄电元件100中,如果以第2电 极50为基准而向第1电极20施加负电压,则电子从第1电极20内向n型半导体粒子32移 动。移动的电子在形成于n型半导体粒子32内
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