用于多孔电化学电容器的毫微级加工结构制造技术

本发明专利技术的实施例描述能量存储设备、多孔电极和形成方法。在一个实施例中，一种能量存储设备包括包含成锐角延伸到导电结构中的多个主通道的多孔结构。在一个实施例中，一种能量存储设备包括包含V槽凹进阵列或棱锥形凹进阵列的多孔结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多孔电化学电容器的毫微级加工结构
本专利技术公开的实施例一般涉及能量存储设备，以及更具体地来说，涉及形成高表面积多孔电极的方法。
技术介绍
现代社会依赖于能源的随时可用性。随着能源需求增长，能够高效储能的器件变得越加重要。因此，能量存储设备，包括电池、电容器、电化学电容器（EC）（包括伪电容器和双电层电容器（EDLC）-其中也称为超级电容器）混合型EC等正在广泛地用于电子领域及以外。具体来说，电容器广泛地用于范围从电路和电力输送到电压调整和电池更换的应用。电化学电容器的特征是高储能电容器以及其他期望的特征，包括高功率密度、小尺寸和重量轻，并且由此已经成为在若干储能应用中使用的有前景的候选。在公开为WO2011/123135的相关专利PCT/US2010/029821中，披露用于形成高能量密度电化学电容器的三维结构。在披露的实施例的其中一些实施例中，使用湿法蚀刻工艺将将毛细孔深入地蚀刻到硅结构中，并以电解质或以高介电常数材料和/或与电解质组合的薄导电膜填充这些毛细孔。附图说明结合附图阅读下文详细描述，将更好地理解本专利技术披露的实施例，这些附图中：图1是根据本专利技术实施例的能量存储设备的横截面侧视图图示；图2是根据本专利技术实施例的能量存储设备的多孔结构内的双电层的横截面侧视图图示；图3是根据本专利技术实施例的在（1011）硅表面中形成的多孔结构的横截面侧视图图示；图4是根据本专利技术实施例的能量存储设备的横截面侧视图图示；图5是根据本专利技术实施例的主通道的近距离横截面侧视图图示；图6是根据本专利技术实施例的在（322）硅表面中形成的多孔结构的横截面侧视图图示图像；图7是根据本专利技术实施例的在（111）硅表面中形成的多孔结构的横截面侧视图图像；图8是图示根据本专利技术实施例的形成多孔电极的方法的流程图；图9-10是根据本专利技术实施例的多孔结构的示意性横截面侧视图图示；图11是图示根据本专利技术实施例的形成多孔电极的方法的流程图。图12-13是根据本专利技术实施例的多孔结构的示意性横截面侧视图图示；根据本专利技术的以电化方式蚀刻多孔结构的方法；图14是图示根据本专利技术实施例的形成具有V槽或棱锥形凹进的阵列的多孔电极的方法的流程图；图15是根据本专利技术实施例的在衬底上形成的阵列掩模线的顶视图图示；图16是根据本专利技术实施例的在衬底中形成的V槽凹进阵列的顶视图图示；图17是根据本专利技术实施例的在衬底上形成的阵列掩模线的顶视图图示；图18是根据本专利技术实施例的在衬底中形成的棱锥形凹进阵列的顶视图图示；图19是根据本专利技术实施例的能量存储设备的多孔结构的横截面侧视图图示；图20是根据本专利技术实施例的能量存储设备的多孔结构的横截面侧视图图示；图21是根据本专利技术实施例的能量存储设备的横截面侧视图图示；图22是图示根据本专利技术实施例的形成能量存储设备的方法的流程图；图23A-23B是根据本专利技术实施例的能量存储设备的横截面侧视图图示；图24是图示根据本专利技术实施例的形成能量存储设备的方法的流程图；图25是根据本专利技术实施例的在电化学蚀刻池中与导电衬底脱离的多孔结构的横截面侧视图图示；图26是根据本专利技术实施例的移动电子设备的框图图示；以及图27是根据本专利技术实施例的微电子设备的框图图示。具体实施方式为了说明简单明了，附图图示构造的通用方式，可能省略公知的特征和技术的描述和细节以避免不必要地妨碍本专利技术描述的实施例的论述。此外，附图中的元件不一定按比例绘制。例如，可能将一些元件的尺寸相对于其他元件放大以便帮助改进本专利技术实施例的理解。某些附图可能采用理想化方式示出以便帮助理解，如当多个结构示出为具有直线、锐角和/或平行面等时，在真实世界情况下，这些将可能显著地不那么对称和有序。不同附图中相同的引用数字表示相同的元件，同时相似的引用数字可能但不一定表示相似的元件。描述中以及权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等用于在相似的元件之间进行区分，不一定用于描述特定的次序或时间顺序。要理解，如此使用的术语在适合的环境下是可互换的，从而本文描述的本专利技术实施例能够以本文图示或描述的顺序以外的其他顺序操作。相似地，如果本文中将方法描述为包括一系列步骤，则本文呈示的此类步骤的顺序不一定是此类步骤可被执行的唯一顺序，以及某些陈述的步骤在可能的情况下可以被省略和/或本文未描述的某些其他步骤在可能情况下可以被添加到该方法中。再者，术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变化理应涵盖非排他性包含内容，使得包含元件列表的过程、方法、产品或装置不一定限于那些元件，而是可以包含未直线地列出或非此类过程、方法、产品或装置所固有的其他元件。描述中以及权利要求中的术语“左边”、“右边”、“前边”、“后边”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等，如果有的话，用于描述的目的，不一定描述永久性相对位置，除非专门地或通过上下文另行指出。要理解，如此使用的术语在适合的环境下是可互换的，从而本文描述的本专利技术实施例能够以本文图示或描述的朝向以外的其他朝向操作。如本文所使用的，术语“耦合”定义为以电或非电方式直接或间接连接。本文描述为彼此“邻接”的对象可以是彼此的物理接触、彼此紧密靠近或位于彼此相同的一般区域或区，以与使用此短语所在的上下文相应为宜。本文出现短语“在一个实施例中”不一定全部是指同一个实施例。在一个方面中，本专利技术的实施例描述一种能量存储设备和形成能量存储设备的方法，在所述能量存储设备中，通过在该导电结构中的晶体平面方向形成这些主通道，将导电结构内包含多个主通道的多孔结构的表面积增大。在一个实施例中，每个主通道沿着对多孔结构的主表面成锐角的晶体平面方向延伸到导电结构中。在一个实施例中，侧通道从每个主通道的侧表面，例如沿着电化学蚀刻池中的蚀刻电流的方向延伸到导电结构中。在一个方面中，本专利技术的实施例描述一种能量存储设备以及形成具有缩短的扩散路径长度的能量存储设备的方法。在一个实施例中，一种能量存储设备包括包含直线形锥化的多个主通道的多孔结构。例如，直线形锥化的主通道可以通过以非直线方式改变电化学蚀刻电流来形成。在另一个实施例中，可以非直线地改变电化学蚀刻电流来形成多个主通道中的储蓄器（reservoir）。此类结构可以减少离子的扩散路径长度，从而降低扩散时间常数，并允许此类能量存储设备以更高功率来工作。在一个方面中，本专利技术的实施例描述一种能量存储设备以及形成具有强化的多孔结构的能量存储设备的方法。在一个实施例中，一种能量存储设备包括包含多个主通道的多孔结构，这些多个主通道包括主表面形状和重叠在主表面形状上的次表面形状。在一个实施例中，次电化学蚀刻电流变化重叠在主电化电流变化之上。例如，次电化学蚀刻电流变化可以是正弦函数的线性相加。此类正弦曲直线形变化可以消除孔隙率上的突变，这样减少应力集中和强化多孔结构。在一个方面中，本专利技术的实施例描述一种能量存储设备以及形成能量存储设备的方法，在所述方法中，控制电化学蚀刻条件以减小空隙尺寸，从而增加能量存储设备的空隙表面积和电容。在一个实施例中，电化学蚀刻池在大约室温处或更低工作。在一个实施例中，电化学蚀刻池包含2:1的HF:乙醇浓度或更大浓度的HF。在一个实施例中，该乙醇可以是异丙醇或乙醇。在一个方面中，本专利技术的实施例描述一种能量存储设备以及形成能量存储设备的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量存储设备，其包括：包含在导电结构内的多个主通道的多孔结构；其中所述主通道的每一个具有至所述多孔结构的主表面的开口，以及所述主通道的每一个对所述主表面成锐角地延伸到所述导电结构中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.28 US 13/6315791.一种能量存储设备，包括：在导电结构内包含多个主通道的多孔结构；其中所述主通道的每一个具有至所述多孔结构的主表面的开口，以及所述主通道的每一个对所述主表面成锐角地延伸到所述导电结构中，其中所述主通道的每一个包括交替的储蓄器区域和连接区域，其中储蓄器区域比连接区域宽，并且储蓄器区域和连接区域构成沙漏形状；以及侧通道，所述侧通道从所述主通道的每一个的侧表面延伸到所述导电结构中。2.如权利要求1所述的能量存储设备，其中每个主通道沿着对所述主表面成锐角朝向的晶体平面方向延伸到所述导电结构中。3.如权利要求1所述的能量存储设备，其中：所述主表面是（1011）表面，以及所述主通道的每一个沿着对所述主表面成锐角的<100>晶体平面方向延伸到所述导电结构中；所述主表面是（322）表面，以及所述主通道的每一个沿着对所述主表面成锐角的<100>晶体平面方向延伸到所述导电结构中；所述主表面是（111）表面，以及所述主通道的每一个沿着对所述主表面成锐角的<113>晶体平面方向延伸到所述导电结构中；或所述主表面是（5512）表面，以及所述主通道的每一个沿着对所述主表面成锐角的<100>晶体平面方向延伸到所述导电结构中。4.一种能量存储设备，包括：在导电结构内包含多个主通道的多孔结构；其中所述主通道的每一个具有至所述多孔结构的主表面的开口，以及所述主通道的每一个对所述主表面成锐角地延伸到所述导电结构中，其中所述主通道的每一个包括交替的储蓄器区域和连接区域，其中储蓄器区域比连接区域宽，并且储蓄器区域和连接区域构成沙漏形状；以及第二导电结构中的第二多孔结构，以及介于所述多孔结构与所述第二多孔结构之间的分隔器。5.如权利要求4所述的能量存储设备，其中所述第二多孔结构包含多个第二主通道，以及所述第二主通道的每一个具有至所述第二多孔结构的第二主表面的第二开口，以及所述第二主通道的每一个对所述第二主表面成第二锐角延伸到所述第二导电结构中；以及其中所述主表面与所述第二主表面是彼此平行的，并且沿着同一个晶体平面来形成。6.一种能量存储设备，包括：导电结构内的多孔结构，所述多孔结构包含位于所述多孔结构的主表面中的V槽凹进或棱锥形凹进的阵列；以及多个主通道，对于每个V槽凹进或棱锥形凹进，所述多个主通道延伸到所述导电结构中，其中每一个主通道具有对应V槽凹进或棱锥形凹进中的开口，其中所述主通道的每一个包括交替的储蓄器区域和连接区域，其中储蓄器区域比连接区域宽，并且储蓄器区域和连接区域构成沙漏形状。7.如权利要求6所述的能量存储设备，还包括第二导电结构内的第二多孔结构，以及介于所述多孔结构与所述第二多孔结构之间的分隔器，其中所述分隔器延伸到V槽凹进或棱锥形凹进的阵列中。8.如权利要求7所述的能量存储设备，其中所述第二多孔结构包括掺锂的碳或纳米金刚石薄膜。9.如权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第二多孔结构延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：DS贾纳，CW霍尔斯瓦特，金薇，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US