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WO2018168494A1 - 蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法 - Google Patents

蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法 Download PDF

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WO2018168494A1
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solid electrolyte
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semiconductor layer
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和之 津國
樹理 小笠原
祐樹 佐藤
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Micronics Japan Co Ltd
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • This embodiment relates to a method for manufacturing an electricity storage device and a solid electrolyte layer.
  • a capacitor is generally used as a structure in which an insulating layer is sandwiched between electrodes from both sides.
  • an electricity storage device having a structure in which an n-type semiconductor layer, a hydrous porous insulating layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially laminated to form electrodes on the upper and lower sides has been proposed.
  • This embodiment provides a storage device with improved reliability that can be charged without increasing deterioration even when the storage capacity is increased and the charging voltage is increased, and a method for manufacturing a solid electrolyte layer.
  • a first oxide semiconductor layer of a first conductivity type and a solid electrolyte layer that is disposed on the first oxide semiconductor layer and includes a solid electrolyte to which protons can move
  • an electricity storage device including a second conductivity type second oxide semiconductor layer disposed on the solid electrolyte layer.
  • a solid produced including a step of applying diluted silicone oil, a step of baking the applied silicone oil, and a step of irradiating the baked silicone oil with ultraviolet rays.
  • a method for producing an electrolyte layer is provided.
  • the present embodiment it is possible to provide a storage device with improved reliability that can be charged without increasing deterioration even when the storage capacity is increased and the charging voltage is increased, and a method for manufacturing a solid electrolyte layer.
  • FIG. 1 The typical cross-section figure of the electrical storage device which concerns on embodiment, (b) The charging / discharging characteristic view of the electrical storage device which concerns on embodiment.
  • the first conductivity type indicates, for example, n-type
  • the second conductivity type indicates p-type opposite to the first conductivity type
  • Comparative Example 1 The cross-sectional structure of the electricity storage device 30A according to Comparative Example 1 is schematically represented as shown in FIG. 1A, and the charge / discharge characteristics thereof are schematically represented as shown in FIG.
  • the electricity storage device 30A includes a first oxide semiconductor layer 14 between the first electrode (E1) 12 and the second electrode (E2) 26, An insulating layer 15N disposed on the first oxide semiconductor layer 14 and a second oxide semiconductor layer 24 disposed on the insulating layer 15N are provided.
  • the insulator layer 15N can be formed of, for example, SiN y .
  • the second oxide semiconductor layer 24 can be formed of nickel oxide (NiO) which is a p-type oxide semiconductor.
  • the charge / discharge characteristics of the electricity storage device according to Comparative Example 1 are the voltage at time t 1 after time t 0 with respect to the voltage V (V 1 to V 5 ) during charging.
  • V 1 was changed to 0V
  • the voltage V 2 is changed to 0V at time t 2
  • the voltage V 3 at time 3 is changed to 0V
  • the voltage V 4 at time t 4 is changed to 0V
  • voltage V 5 is changed to 0V at time t 5, the respective discharge state.
  • the charge / discharge characteristics shown in FIG. 1B correspond to the charge / discharge characteristics of the capacitor.
  • the discharge characteristics of the electricity storage device according to Comparative Example 1 are linear characteristics.
  • Comparative Example 2 A schematic cross-sectional structure of the electricity storage device 30A according to Comparative Example 2 is represented as shown in FIG. 2A, and its charge / discharge characteristics are schematically represented as shown in FIG.
  • the power storage device 30A includes a first oxide semiconductor layer 14 between the first electrode (E1) 12 and the second electrode (E2) 26,
  • the solid electrolyte layer 16K which has the solid electrolyte which can be arrange
  • the solid electrolyte layer 16K can be formed of, for example, silicon oxide (SiO x ). Other configurations are the same as those of the first comparative example.
  • the electricity storage device 30A according to Comparative Example 1 has a small amount of electricity storage because it exhibits capacitor characteristics.
  • the electricity storage device 30A according to Comparative Example 2 has a structure in which the solid electrolyte layer 16K is in contact with the second oxide semiconductor layer 24 as compared with the electricity storage device 30A according to Comparative Example 1, the first electrode (E1) 12
  • the second electrode (E2) 26 is at a high potential, protons easily move from the second oxide semiconductor layer 24 toward the first oxide semiconductor layer 14. Therefore, the power storage device 30A of Comparative Example 2 can store more power than the power storage device 30A of Comparative Example 1.
  • FIG. 3A The schematic cross-sectional structure of the electricity storage device 30 according to the embodiment is represented as shown in FIG. 3A, and the charge / discharge characteristics thereof are schematically represented as shown in FIG.
  • the power storage device 30 includes a first conductivity type first oxide semiconductor between the first electrode (E1) 12 and the second electrode (E2) 26.
  • Layer 14 solid electrolyte layer 18 ⁇ / b> K having a solid electrolyte to which protons can move and disposed on first oxide semiconductor layer 14, and a second conductivity type second oxide semiconductor disposed on solid electrolyte layer 18 ⁇ / b> K Layer 24.
  • the first conductivity type first oxide semiconductor layer 14 is an oxide semiconductor layer made of the first conductivity type first oxide semiconductor.
  • the second conductivity type second oxide semiconductor layer 24 is an oxide semiconductor layer made of the second conductivity type second oxide semiconductor. The same applies hereinafter.
  • an insulator layer 18N including an insulator may be disposed between the solid electrolyte layer 18K and the first oxide semiconductor layer 14.
  • the solid electrolyte layer 18K may further contain an insulator.
  • the solid electrolyte layer 18K may include, for example, a solid electrolyte made of SiO and an insulator made of SiN.
  • more solid electrolyte may exist than the insulator on the second oxide semiconductor layer 24 side of the solid electrolyte layer 18K. That is, more solid electrolyte made of SiO may be present on the second oxide semiconductor layer 24 side of the solid electrolyte layer 18K than an insulator made of SiN, for example.
  • the withstand voltage is increased compared to the electricity storage device 30A according to Comparative Example 2 because the insulator layer 18N is in contact with the solid electrolyte layer 18K.
  • the solid electrolyte layer 16K can be formed of, for example, SiO x .
  • the insulating layer 18N includes, for example, P (plasma) -SiN y (second insulating material) that is non-hydrous and not porous.
  • the insulating layer 18N includes a layer having a high film density, and has a property that it is hard to contain water as compared with SiO x .
  • the thickness of SiO x is, for example, about 20 nm to 70 nm.
  • the insulator layer 18N can be formed of, for example, SiN y .
  • SiN y plasma - its thickness when forming a silicon nitride (P-SiN y) is, for example, about 10nm or less. More desirably, it is about 7 nm to 10 nm, for example.
  • the first electrode 12 can be formed by, for example, a laminate of W and Ti or chromium (Cr), and the second electrode 26 can be formed by, for example, Al.
  • the first electrode 12 is disposed on the surface of the first oxide semiconductor layer 14 that does not face the insulator layer 18N.
  • the second electrode 26 is disposed on the surface of the second oxide semiconductor layer 24 that does not face the solid electrolyte layer 18K.
  • the first oxide semiconductor layer 14 can be formed of, for example, titanium oxide (TiO 2 ) that is an n-type oxide semiconductor.
  • the second oxide semiconductor layer 24 can be formed of nickel oxide (NiO) which is a p-type oxide semiconductor.
  • the thickness of nickel oxide (NiO) is, for example, about 200 nm.
  • the solid electrolyte layer 18K deteriorates only when the voltage V during charging becomes V 5 (for example, about 5.0 V) or more. A decrease in the amount of electricity stored is observed. Further, in the case of the electricity storage device 30 according to the embodiment, the decrease in the case of the silicon oxide (SiO x ), single layer seen in the electricity storage device 30A according to Comparative Example 2 is seen at 5V.
  • the discharge characteristics of the electricity storage device 30 according to the embodiment are such that the charging voltage V is substantially flat with respect to (V 1 to V 4 ), and the charging voltage V Only when V becomes V 5 (for example, about 5.0 V) or higher, the discharge time decreases (the discharge time decreases at 3 V in Comparative Example 2).
  • the electricity storage device 30 even in the case of long-time charging with a constant current, it was possible to confirm a larger amount of electricity storage than the electricity storage devices according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • the SiN y / SiO x two-layer structure in which the insulator layer 18N is inserted can improve the withstand voltage during charging while maintaining the amount of electricity greatly increased as compared with the capacitor. is there. Even when charged for a long time at a constant current, the amount of electricity stored was larger than that of the capacitor. This is a result of reducing deterioration due to the voltage of SiO x by using two layers.
  • the two-layer structure of SiN y / SiO x with the insulator layer 18N inserted improves the breakdown voltage and improves the overall breakdown voltage of the electricity storage device 30.
  • SiO x can be formed from silicone oil.
  • SiO x may be formed of a metal containing silicone.
  • the solid electrolyte layer 18K includes a step of applying diluted silicone oil on the first oxide semiconductor layer 14, a step of baking the applied silicone oil, and a step of irradiating the baked silicone oil with ultraviolet rays. It may be manufactured including.
  • the method for producing the solid electrolyte layer 18K may include a step of applying diluted silicone oil, a step of baking the applied silicone oil, and a step of irradiating the baked silicone oil with ultraviolet rays. .
  • an electricity storage device with improved reliability that can be charged without increasing deterioration even when the electricity storage capacity is increased and the charging voltage is increased.
  • the present embodiment includes various embodiments that are not described here.
  • the power storage device of this embodiment can be used for various consumer devices and industrial devices, and is intended for system applications that can transmit various sensor information with low power consumption, such as power storage devices for communication terminals and wireless sensor networks. It can be applied to a wide range of application fields such as power storage devices.

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Abstract

蓄電デバイス（３０）は、第１導電型の第１酸化物半導体層（１４）と、第１酸化物半導体層（１４）上に配置されプロトンが移動可能な固体電解質を含む固体電解質層（１８Ｋ）と、固体電解質層（１８Ｋ）と第１酸化物半導体層（１４）との間に配置され、絶縁物を備えた絶縁物層（１８Ｎ）と、固体電解質層（１８Ｋ）上に配置された第２導電型の第２酸化物半導体層（２４）とを備える。蓄電容量を増大し、かつ充電電圧を増加させても劣化せず充電可能な信頼性の向上した蓄電デバイスを提供する。

Description

蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法
　本実施の形態は、蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法に関する。
　絶縁層を両側から電極で挟んだ構造としては、キャパシタが一般的である。
　また、ｎ型半導体層、含水性多孔質な絶縁層、ｐ型半導体層を順次積層し、上下に電極を形成した構造の蓄電デバイスも提案されている。
特開２０１５-８２４４５号公報
　本実施の形態は、蓄電容量を増大し、かつ充電電圧を増加させても劣化せず充電可能な信頼性の向上した蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法を提供する。
　本実施の形態の一態様によれば、第１導電型の第１酸化物半導体層と、前記第１酸化物半導体層上に配置され、プロトンが移動可能な固体電解質を含む固体電解質層と、前記固体電解質層上に配置された第２導電型の第２酸化物半導体層とを備える蓄電デバイスが提供される。
　本実施の形態の他の態様によれば、希釈したシリコーンオイルを塗布する工程と、塗布したシリコーンオイルを焼成する工程と、焼成したシリコーンオイルに紫外線照射する工程と、を含んで製造される固体電解質層の製造方法が提供される。
　本実施の形態によれば、蓄電容量を増大し、かつ充電電圧を増加させても劣化せず充電可能な信頼性の向上した蓄電デバイスおよび固体電解質層の製造方法を提供することができる。
（ａ）比較例１に係る蓄電デバイスの模式的断面構造図、（ｂ）比較例１に係る蓄電デバイスの充放電特性図。 （ａ）比較例２に係る蓄電デバイスの模式的断面構造図、（ｂ）比較例２に係る蓄電デバイスの充放電特性図。 （ａ）実施の形態に係る蓄電デバイスの模式的断面構造図、（ｂ）実施の形態に係る蓄電デバイスの充放電特性図。
　次に、図面を参照して、本実施の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、同一または類似の部分には同一また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など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。
　また、以下に示す実施の形態は、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、配置などを特定するものではない。この実施の形態は、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。
　以下の実施の形態の説明において、第１導電型とは、例えば、ｎ型、第２導電型とは、第１導電型と反対導電型のｐ型であることを示す。
　（比較例１）
　比較例１に係る蓄電デバイス３０Ａの模式的に断面構造は、図１（ａ）に示すように表され、その充放電特性は、図１（ｂ）に示すように模式的に表される。
　比較例１に係る蓄電デバイス３０Ａは、図１（ａ）に示すように、第１電極（Ｅ１）１２と第２電極（Ｅ２）２６との間に、第１酸化物半導体層１４と、第１酸化物半導体層１４上に配置された絶縁物層１５Ｎと、絶縁物層１５Ｎ上に配置された第２酸化物半導体層２４とを備える。
　絶縁物層１５Ｎは、例えば、ＳｉＮyによって形成可能である。
　第２酸化物半導体層２４は、ｐ型の酸化物半導体である酸化ニッケル（ＮｉＯ）によって形成可能である。
　比較例１に係る蓄電デバイスの充放電特性は、例えば図１（ｂ）に示すように、充電時の電圧Ｖ（Ｖ１～Ｖ５）に対して、時刻ｔ0後の時刻ｔ１において電圧Ｖ１は０Ｖへと変化し、時刻ｔ２において電圧Ｖ２は０Ｖへと変化し、時刻３において電圧Ｖ３は０Ｖへと変化し、時刻ｔ４において電圧Ｖ４は０Ｖへと変化し、時刻ｔ５において電圧Ｖ５は０Ｖへと変化し、それぞれ放電状態となる。すなわち、図１（ｂ）に示す充放電特性は、キャパシタの充放電特性に対応している。比較例１に係る蓄電デバイスの放電特性は、図１（ｂ）に示すように、直線的な特性を示す。
　比較例１に係る蓄電デバイスによれば、絶縁物層１５Ｎのみではキャパシタが形成されるにすぎず、蓄電量も小さい。
　（比較例２）
　比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａの模式的断面構造は、図２（ａ）に示すように表され、その充放電特性は、図２（ｂ）に示すように模式的に表される。
　比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａは、図２（ａ）に示すように、第１電極（Ｅ１）１２と第２電極（Ｅ２）２６との間に、第１酸化物半導体層１４と、第１酸化物半導体層１４上に配置され、プロトンが移動可能な固体電解質を有する固体電解質層１６Ｋと、固体電解質層１６Ｋ上に配置された第２酸化物半導体層２４とを備える。
　固体電解質層１６Ｋは、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯx）によって形成可能である。その他の構成は、比較例１と同様である。
　比較例２に係る蓄電デバイスの充放電特性は、図２（ｂ）に示すように、充電時の電圧Ｖ（Ｖ１～Ｖ５）に対して、時刻ｔ0後の時刻ｔ3において電圧Ｖ3は０Ｖへと変化し、時刻ｔ4において電圧Ｖ4は０Ｖへと変化し、時刻ｔ5において電圧Ｖ5は０Ｖへと変化し、それぞれ放電状態となる。比較例２に係る蓄電デバイスの放電特性は、図２（ｂ）に示すように、減少する特性を示す。
　比較例２に係る蓄電デバイスの充放電特性によれば、定電流での長時間充電の場合でも、比較例１に係る蓄電デバイスよりも大きい蓄電量が得られている。
　比較例１に係る蓄電デバイス３０Ａは、キャパシタ特性を示すため蓄電量が小さい。しかし、比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａは比較例１に係る蓄電デバイス３０Ａに比べて、第２酸化物半導体層２４に固体電解質層１６Ｋが接触する構造を備えるため、第１電極（Ｅ１）１２に対して、第２電極（Ｅ２）２６を高電位とする電圧印加状態において、第２酸化物半導体層２４から、プロトンが、第１酸化物半導体層１４に向かって移動し易くなる。従って、比較例１の蓄電デバイス３０Ａに対して比較例２の蓄電デバイス３０Ａの方が多く蓄電できる。
　比較例１に係る蓄電デバイス３０Ａでは、第２酸化物半導体層２４に絶縁物層１５Ｎが接触する構造を備えるため、第２酸化物半導体層２４からのプロトン移動が、絶縁物層１５Ｎによって妨げられ、第１酸化物半導体層１４に向かっての移動が困難になると考えられている。
　しかしながら、比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａにおいては、図２（ｂ）に示すように、リーク試験においても充電時の電圧ＶがＶ3（例えば、約３．０Ｖ）以上になると、固体電解質層１６Ｋが電圧に耐えられなくなるため、蓄電量の低下が著しい。
　（実施の形態）
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０の模式的断面構造は、図３（ａ）に示すように表され、その充放電特性は、図３（ｂ）に示すように模式的に表される。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０は、図３（ａ）に示すように、第１電極（Ｅ１）１２と第２電極（Ｅ２）２６との間に、第１導電型の第１酸化物半導体層１４と、第１酸化物半導体層１４上に配置され、プロトンが移動可能な固体電解質を有する固体電解質層１８Ｋと、固体電解質層１８Ｋ上に配置された第２導電型の第２酸化物半導体層２４とを備える。
　ここで、第１導電型の第１酸化物半導体層１４とは、第１導電型の第１酸化物半導体からなる酸化物半導体層であることを表す。第２導電型の第２酸化物半導体層２４とは、第２導電型の第２酸化物半導体からなる酸化物半導体層であることを表す。以下同様である。
　また、固体電解質層１８Ｋと第１酸化物半導体層１４との間に、絶縁物を備えた絶縁物層１８Ｎが配置されていても良い。
　また、固体電解質層１８Ｋには、絶縁物が更に含まれていても良い。ここで、固体電解質層１８Ｋには、例えば、ＳｉＯからなる固体電解質とＳｉＮからなる絶縁物が含まれていても良い。
　また、固体電解質層１８Ｋの第２酸化物半導体層２４側には、絶縁物よりも固体電解質が多く存在していても良い。すなわち、固体電解質層１８Ｋの第２酸化物半導体層２４側には、例えばＳｉＮからなる絶縁物よりも、ＳｉＯからなる固体電解質が多く存在していても良い。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０においては、比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａと比べて、固体電解質層１８Ｋに絶縁物層１８Ｎが接触しているため、耐圧が上昇している。
　固体電解質層１６Ｋは、例えば、ＳｉＯxによって形成可能である。絶縁物層１８Ｎは、例えば、非含水性であり、多孔質でないＰ（プラズマ）－ＳｉＮy（第２絶縁物）を備える。絶縁物層１８Ｎは、膜密度の高い層を備え、ＳｉＯxに比べて含水し難い性質を有する。
　ＳｉＯxの厚さは、例えば、約２０ｎｍ～７０ｎｍ程度である。
　絶縁物層１８Ｎは、例えば、ＳｉＮyによって形成可能である。ここで、ＳｉＮyとして、プラズマ―窒化ケイ素（Ｐ－ＳｉＮy）を形成した場合その厚さは、例えば、約１０ｎｍ以下である。更に望ましくは、例えば、約７ｎｍ～１０ｎｍ程度である。
　第１電極１２は、例えば、ＷとＴｉとの積層またはクロム（Ｃｒ）によって、第２電極２６は、例えば、Ａｌによって、それぞれ形成可能である。第１電極１２は、第１酸化物半導体層１４の絶縁物層１８Ｎと対向しない面に配置されている。また、第２電極２６は、第２酸化物半導体層２４の固体電解質層１８Ｋと対向しない面に配置されている。
　第１酸化物半導体層１４は、例えば、ｎ型の酸化物半導体である酸化チタン（ＴｉＯ２）によって形成可能である。
　第２酸化物半導体層２４は、ｐ型の酸化物半導体である酸化ニッケル（ＮｉＯ）によって形成可能である。酸化ニッケル（ＮｉＯ）の厚さは、例えば約２００ｎｍである。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０によれば、図３（ｂ）に示すように、充電時の電圧Ｖ（Ｖ１～Ｖ５）に対して、時刻ｔ0後の時刻ｔ5において電圧Ｖ5は０Ｖへと変化し、放電状態となる。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０の場合、例えば図３（ｂ）に示すように、充電時の電圧ＶがＶ5（例えば、約５．０Ｖ）以上になってはじめて固体電解質層１８Ｋの劣化による蓄電量の低下が観測される。また、実施の形態に係る蓄電デバイス３０の場合、比較例２に係る蓄電デバイス３０Ａにおいて見られた酸化ケイ素（ＳｉＯx）、単層のときの減少が、５Ｖで見られる。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０の放電特性は、図３（ｂ）に示すように、充電時の電圧Ｖが（Ｖ１～Ｖ4）に対し略平坦な特性を示し、充電時の電圧ＶがＶ5（例えば、約５．０Ｖ）以上になってはじめて、放電時間が減少する特性を示す（比較例２では３Ｖで放電時間が減少する）。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０によれば、定電流での長時間充電の場合でも、比較例１や比較例２に係る蓄電デバイスよりも大きい蓄電量を確認できた。
　実施の形態に係る蓄電デバイス３０によれば、絶縁物層１８Ｎを挿入したＳｉＮy／ＳｉＯxの２層構造で、キャパシタより大幅に増大した蓄電量を維持しつつ充電時の耐圧も向上可能である。定電流での長時間充電でも、キャパシタより大きい蓄電量が確認された。これは、２層にすることで、ＳｉＯxの電圧による劣化が低減した結果である。
　また、ＳｉＮyの膜耐圧が高いため、絶縁物層１８Ｎを挿入したＳｉＮy／ＳｉＯxの２層構造とすることで耐圧が向上し、蓄電デバイス３０全体の耐圧が向上する。
　また、ＳｉＯxは、シリコーンオイルから形成可能である。
　また、ＳｉＯxは、シリコーンを含んだ金属から形成されていても良い。
　また、固体電解質層１８Ｋは、希釈したシリコーンオイルを、第１酸化物半導体層１４上に塗布する工程と、塗布したシリコーンオイルを焼成する工程と、焼成したシリコーンオイルに紫外線照射する工程と、を含んで製造されていても良い。
　また、上記の固体電解質層１８Ｋの製造方法は、希釈したシリコーンオイルを塗布する工程と、塗布したシリコーンオイルを焼成する工程と、焼成したシリコーンオイルに紫外線照射する工程と、を含んでいても良い。
　実施の形態によれば、蓄電容量を増大し、かつ充電電圧を増加させても劣化せず充電可能な信頼性の向上した蓄電デバイスを提供することができる。
　[その他の実施の形態]
　上記のように、実施の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実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
　このように、本実施の形態は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
　本実施の形態の蓄電デバイスは、様々な民生用機器、産業機器に利用することができ、通信端末、無線センサネットワーク向けの蓄電デバイスなど、各種センサ情報を低消費電力伝送可能なシステム応用向けの蓄電デバイスなど、幅広い応用分野に適用可能である。
１２…第１電極（Ｅ１）
１４…第１酸化物半導体層（ＴｉＯ2層）
１５Ｎ、１８Ｎ…絶縁物層
１６Ｋ，１８Ｋ…固体電解質層
２４…第２酸化物半導体層（ＮｉＯ）
２６…第２電極（Ｅ２）
３０、３０Ａ…蓄電デバイス

Claims (15)

  1. 　第１導電型の第１酸化物半導体層と、
    　前記第１酸化物半導体層上に配置され、プロトンが移動可能な固体電解質を含む固体電解質層と、
    　前記固体電解質層上に配置された第２導電型の第２酸化物半導体層と
    　を備えることを特徴とする蓄電デバイス。
  2. 　前記固体電解質層と前記第１酸化物半導体層との間に、絶縁物層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 　前記固体電解質層には、絶縁物が更に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
  4. 　前記固体電解質層の前記第２酸化物半導体層側には、前記絶縁物よりも前記固体電解質が多く存在することを特徴とする請求項３に記載の蓄電デバイス。
  5. 　前記固体電解質層は、ＳｉＯxを含むことを特徴とする請求項１または３に記載の蓄電デバイス。
  6. 　前記絶縁物層は、ＳｉＮyを含むことを特徴とする請求項２に記載の蓄電デバイス。
  7. 　前記絶縁物層の厚さが、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２又は６に記載の蓄電デバイス。
  8. 　前記絶縁物層は、非含水性であって多孔質でないプラズマ－ＳｉＮyであることを特徴とする請求項２，６若しくは７のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
  9. 　前記第１酸化物半導体層は、ＴｉＯ２を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の蓄電デバイス。
  10. 　前記第２酸化物半導体層は、ＮｉＯを含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の蓄電デバイス。
  11. 　前記第１酸化物半導体層の前記絶縁物層と対向しない面に配置された第１電極と、
    　前記第２酸化物半導体層の前記固体電解質層と対向しない面に配置された第２電極と
    　を備えることを特徴とする請求項２，６若しくは７のいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
  12. 　前記ＳｉＯxは、シリコーンオイルから形成されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電デバイス。
  13. 　前記ＳｉＯxは、シリコーンを含んだ金属から形成されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電デバイス。
  14. 　前記固体電解質層は、
    　希釈したシリコーンオイルを、第１酸化物半導体層上に塗布する工程と、
    　塗布したシリコーンオイルを焼成する工程と、
    　焼成したシリコーンオイルに紫外線照射する工程と、
    を含んで製造されることを特徴とする請求項１又は３に記載の蓄電デバイス。
  15. 　請求項１又は３に記載の前記固体電解質層の製造方法であって、
    　希釈したシリコーンオイルを塗布する工程と、
    　塗布したシリコーンオイルを焼成する工程と、
    　焼成したシリコーンオイルに紫外線照射する工程と、
    を含んで製造されることを特徴とする固体電解質層の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020158448A1 (ja) * 2019-01-31 2020-08-06 株式会社日本マイクロニクス 二次電池

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7138020B2 (ja) * 2018-11-13 2022-09-15 株式会社日本マイクロニクス 二次電池、及び製造方法
JP7122981B2 (ja) * 2019-01-31 2022-08-22 株式会社日本マイクロニクス 二次電池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005531922A (ja) * 2002-07-01 2005-10-20 アイゼンリンク、ロルフ いわゆるクアンタム・バッテリに電気エネルギーを蓄積する新しい方法
JP2014154505A (ja) * 2013-02-13 2014-08-25 Ricoh Co Ltd 薄膜固体二次電池素子
JP2015082445A (ja) 2013-10-23 2015-04-27 旭化成株式会社 二次電池
WO2016208116A1 (ja) * 2015-06-25 2016-12-29 株式会社日本マイクロニクス 二次電池の製造方法
WO2017038008A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社日本マイクロニクス 酸化物半導体二次電池、及びその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101369627B (zh) * 2007-08-16 2010-12-08 财团法人工业技术研究院 固态电解质存储元件及其制造方法
JP6265580B2 (ja) * 2011-10-06 2018-01-24 株式会社村田製作所 電池およびその製造方法
JP6181948B2 (ja) * 2012-03-21 2017-08-16 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置及び電気機器
JP2016082125A (ja) * 2014-10-20 2016-05-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
JP6527174B2 (ja) * 2015-01-15 2019-06-05 株式会社パワーフォー 二次電池
JP2017059516A (ja) * 2015-02-18 2017-03-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電素子およびその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005531922A (ja) * 2002-07-01 2005-10-20 アイゼンリンク、ロルフ いわゆるクアンタム・バッテリに電気エネルギーを蓄積する新しい方法
JP2014154505A (ja) * 2013-02-13 2014-08-25 Ricoh Co Ltd 薄膜固体二次電池素子
JP2015082445A (ja) 2013-10-23 2015-04-27 旭化成株式会社 二次電池
WO2016208116A1 (ja) * 2015-06-25 2016-12-29 株式会社日本マイクロニクス 二次電池の製造方法
WO2017038008A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社日本マイクロニクス 酸化物半導体二次電池、及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3598466A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020158448A1 (ja) * 2019-01-31 2020-08-06 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
JP2020123511A (ja) * 2019-01-31 2020-08-13 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
EP3920270A4 (en) * 2019-01-31 2022-12-07 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics SECONDARY BATTERY
JP7269020B2 (ja) 2019-01-31 2023-05-08 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
US12170374B2 (en) 2019-01-31 2024-12-17 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Secondary battery

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