半导体探针、用于测试量子电池的测试装置和测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种采用半导体探针测试量子电池的装置和方法，其中，能够在量子电池的制作工艺中途评价充电层的电特性而不引起损伤。在由电极(54)和金属氧化物半导体(56)层叠在支持体(52)上所构成的半导体探针(50)上，使用与量子电池相同的材料制作探针充电层(58)，并照射紫外线。使用与量子电池相同的材料在半导体探针(50)上形成探针充电层(58)，使得可以在不损伤量子电池的充电层的情况下进行评价。提供使用设置有探针充电层(58)的半导体探针(50)，通过电压计(64)和恒流电源(62)或放电电阻(66)来测定量子电池制作中途的充电层(18)的充放电特性的测试装置和测试方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体探针、用于测试基于新型操作原理的全固态电池的测试装置和测试方法，所述新型操作原理为：利用通过紫外线照射引起的金属氧化物的光致激发结构变化以在带隙中形成能级，从而捕获电子。
技术介绍
作为用于电动车和移动装置的二次电池，经常安装有镍氢二次电池。最近，作为能够增加输出和容量的二次电池，已经开发出锂离子电池，并且处于开始实用化的阶段。通过使用含锂的金属复合氧化物作为阴极以及能够收容和释放出锂的材料如碳作为阳极，并且将其浸渍于由能够离解成离子的锂盐和能够溶解所述锂盐的有机溶剂组成的电解液，制备锂离子电池(参照专利文献1等)。由于电解液为液体，因此可能会发生漏液，并且由于使用了易燃材料，有必要提高在误用时电池的安全性，因此也公开了使用固态电解质替代电解液的全固态锂二次电池(参照专利文献2等)。由于使用作为稀有金属的锂，锂离子电池的成本昂贵，因此，在性能面也要求高性能且大容量的二次电池。在这样的情况下，本申请专利技术者提出了结构简单从而能够降低成本且安全动作的全固态型半导体电池(以下称为量子电池)(PCT/JP 2010-067643)。量子电池是通过层叠基板、导电性基电极、充电层、P-型半导体层、导电性对向电极而构成的，其中所述充电层具有n-型金属氧化物半导体，其覆盖有绝缘材料且通过紫外线照射发生光致激发结构变化以在带隙中形成能级，从而捕获电子。在基电极与对向电极之间连接电源以对所述充电层充电。对于所述量子电池，在其生产工艺中评价电流-电压特性和充放电特性以确认其功能。电流-电压特性是众所周知的评价半导体的特性的方法，也用于二次电池的性能评价。例如，有下述检测内电阻的方法：基于混合动力车用电池在放电时和在充电时的电压与电流的测量值，推算出准确的电池的电流-电压特性，由此来检测更准确的电池内电阻(参照专利文献3等)。另有下述方法：将电池的输出范围分割为多个区域，测量每个区域的预定数量组的电压与电流，基于这些测量值来描述电池的电流-电压特性，以及基于该电流-电压特性来计算出电池的最大输出(参照专利文献4等)。此外，对于制备量子电池，作为二次电池的性能依赖于充电层，因此，与在完成品中进行充电层的评价相比，在制作工艺中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。在制作工艺的中途进行功能评价是在半导体领域中所采用的手段。例如，有一种如下测量装置，其中，由在覆盖有绝缘膜的测量用栅电极的两侧分别暴露地设置测量用源电极和测量用漏电极，其目的是在不实际生成场效应型薄膜晶体管的情况下直接测量作为其有源层的半导体的电特性。当测量用源电极、测量用漏电极和介于它们中间的绝缘膜的暴露表面与所述半导体的暴露表面接触时，此接触部分构成共面型(coplanar)虚拟电场效应型薄膜晶体管。这可以在生成元件之前进行与元件生成后通常的共面型虚拟电场效应薄膜晶体管的情况相同的测量(参照专利文献5等)。还有下述精确地测量电流-电压特性的方法：在评价SOI基板时使用虚拟MOSFET，将由历时变化所导致的影响抑制到最小限度，从而获得具有良好再现性良好的值(参照专利文献6等)，另外，也提出了用于测量的半导体探针(参照专利文献7等)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开No.2002-141062公报专利文献2:日本特开No.2007-5279公报专利文献3:日本特开No.2000-21455公报专利文献4:日本特开No.2000-19233公报专利文献5:日本特开No.H06-275690公报专利文献6:日本特开No.2001-267384公报专利文献7:日本特开No.2005-524925公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，量子电池是基于新原理的全固态型二次电池，因此，为了在制作工艺中途评价二次电池、以及对作为电池特性的充放电特性和电流-电压特性进行评价，不可能直接应用传统的方法，应当考虑量子电池特有的结构和特征。特别是，量子电池的充电层为其中以微粒形成的n型金属氧化物半导体覆盖有绝缘被膜的结构，使得在用半导体探针进行评价时，由于与半导体探针的物理接触，有时导致绝缘被膜的剥离，并且导致充电层受损。因此，不会直接进行充电层的评价，而是设置用于评价的测试区域，在该测试区域内形成的充电层的评价会被当作量子电池的充电层的评价。本专利技术的目的是提供一种半导体探针、测试装置和测试方法，其能够对充电层的电特性进行评价而没有剥离也没有损伤绝缘被膜，从而能够在量子电池的制作工艺中途直接对充电层的电特性进行评价。用于解决问题的技术手段本专利技术中作为待测量目标物的目标是量子电池，所述量子电池是在基板上层叠导电性基电极、充电层、P-型半导体层和导电性对向电极而构成的，其中所述充电层具有n-型金属氧化物半导体，其覆盖有绝缘材料且经受光致激发结构变化以在带隙中形成能级，从而捕获电子。为了进行更加稳定的运作，可以在基电极和充电层之间设置n-型金属氧化物半导体层。为了在充电层被层叠于量子电池时的时间点对充电层的电特性进行评价，将进一步层叠在充电层上的层形成于半导体探针，使该半导体探针与充电层接触以测量电特性，由此评价在最终成品中的充电层的功能。本专利技术中的半导体探针包括：导电性电极、由金属氧化物半导体制成的金属氧化物半导体层、和向其中充入电能的充电层，它们都层叠在支持体上。所述充电层是覆盖有绝缘材料的n-型金属氧化物半导体，具有覆盖有绝缘材料的n-型金属氧化物半导体，所述n-型金属氧化物半导体通过紫外线照射而发生光致激发结构变化以在带隙中形成能级，从而捕获电子。所述n-型金属氧化物半导体为二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的一种；或者是由二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的两种或三种组合而形成的复合材料。覆盖n-型金属氧化物半导体的绝缘材料为绝缘树脂或无机绝缘材料。所述金属氧化物半导体为p-型半导体，例如氧化镍或氧化铜/氧化铝。进一步，由于与待测量的目标物的对应关系，所述金属氧化物半导体可以是n-型半导体，为二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的一种；或者由二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的两种或三种组合而形成的复合材料。作为导电性金属，使用铜或铬。支持体的至少一部分为弹性体，其控制当半导体探针与量子电池的充电层接触时的接触压力，从而使探针表面与待测量物的表面接触。整个支持体可为弹性体。所述支持体可为圆柱形状，使导电性电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体探针，其是通过层叠以下而构成的：导电性电极；由金属氧化物半导体制成的金属氧化物半导体层；向其中充入电能的充电层；和支持体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体探针，其是通过层叠以下而构成的：
导电性电极；
由金属氧化物半导体制成的金属氧化物半导体层；
向其中充入电能的充电层；和
支持体。
2.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述充电层是覆盖有绝缘
材料的n-型金属氧化物半导体。
3.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述充电层是n-型金属氧
化物半导体，所述n-型金属氧化物半导体覆盖有绝缘材料，并且通过紫外线照
射发生光致激发结构变化以在带隙中形成能级，从而捕获电子。
4.根据权利要求2所述的半导体探针，其中，所述n-型金属氧化物半导
体是二氧化钛、氧化锡和氧化锌中的一种；或通过组合二氧化钛、氧化锡和氧
化锌中的两种或三种而制成的复合材料。
5.根据权利要求2所述的半导体探针，其中，覆盖所述n-型金属氧化物
半导体的绝缘材料是绝缘树脂或无机绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述金属氧化物半导体是
p-型半导体。
7.根据权利要求6所述的半导体探针，其中，所述p-型半导体是氧化镍
或氧化铜/氧化铝。
8.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述金属氧化物半导体是
n-型半导体。
9.根据权利要求8所述的半导体探针，其中，所述n-型半导体是二氧化
钛、氧化锡和氧化锌中的一种；或通过组合二氧化钛、氧化锡和氧化锌中的两
种或三种而制成的复合材料。
10.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述电极是导电性金属。
11.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述支持体的至少一部分
为弹性体。
12.根据权利要求1所述的半导体探针，其中，所述支持体为圆柱形状。
13.根据权利要求12所述的半导体探针，其中，圆柱形状的所述支持体
配置有接地电极部。
14.一种充/放电特性测试装置，包括：
根据权利要求1所述的半导体探针；
待测量的目标物；
进行充/放电的充/放电电流源；以及
在充/放电时对待测量的目标物的电压进行测量的电压计。
15.根据权利要求14所述的测试装置，其中，在待测量的目标物中，导
电性基电极或基电极和n-型金属氧化物半导体层层叠在基板上。
16.根据权利要求14所述的测试装置，其中，在待测量的目标物中，基
电极或基电极和n-型金属氧化物半导体层叠在基板上，并且在其上进一步层叠
由覆盖有绝缘材料的n-型金属氧化物半导体构成的充电层。
17.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：出羽晴匡，桧皮清康，中泽明，
申请(专利权)人：日本麦可罗尼克斯股份有限公司，刮拉技术有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP