一种芯片制程技术的微电池制造技术

一种芯片制程技术的微电池，所述微电池由奈米级的单元组成，可以按照具体需求通过逻辑电路设计扩展成几十万个或者几百个单元串并联。所述微电池单元包括微电极（606,607）以及2N+1(2≦N≦50，N为自然数)层磁性物质(602,603)和N层电介质构成(601)；所述电介质(601)被夹持在两个极化方向相反的磁性物质(602,603)之间，均为奈米级厚度构成。均为奈米级厚度构成。均为奈米级厚度构成。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片制程技术的微电池


[0001]本专利技术是利用芯片的微观制造技术，把现有的宏观电池用奈米微观的形式制造于芯片之中，为了克服微观奈米形态下各种物质特性的量子化变异，也成功的利用这种量子化变异带来的结构变化来储存电能的原理而在安全性和耐环境性方面优异的无机固体二次电池，是一种能够以简单的结构实现低成本和稳定运行的技术，并且未来可能大大超过锂离子电池的容量。

技术介绍

[0002]随着对全球环境问题（例如由于化石燃料枯竭引起的变暖和二氧化碳增加）的认识不断提高，作为清洁能源的太阳能电池和太阳能电池已变得越来越流行。人们正在注意储存能量的二次电池，近来，已经开发出锂离子电池作为能够更高输出和更大容量的二次电池，并且处于实用化阶段。锂离子电池将含锂的金属复合氧化物用作正电极，并将接受和释放锂的材料（例如碳）用作负电极。浸渍由盐和能够溶解盐的有机溶剂组成的电解质。当过渡重金属氧化物用作锂离子电池的正电极活性材料时，该元素的比重大，因此体积大。原则上难以制造电池，并且作为氧化和还原的电化学反应的充电和放电中的至少一种是困难的。另外，由于电解液是液体，所以有可能发生液体泄漏，并且由于使用了易燃材料，所以容易发生危险，如何安全并循环可逆性成了电化学电池的不可逾越的深渊型沟壑；各类电化学电池安全性和寿命存在致命问题。
[0003]所以为了提高电池的安全性，最新方向都是使用固体电解质代替电解质的全固体锂二次电池。锂电池的升级以及对新电池材料的开发，包括各类三元锂电池、固态电解质电池、锂空气电池、锂硫电池、锌空气电池、钠离子电池等。但化学电池的能量密度是有局限性的，即使是处于实验室阶段的化学电池，目前所知最高能量密度为900瓦时/千克左右，其理论值很难突破1,000瓦时/千克。目前半固体锂金属电池，金属锂电极和大部分液体电解质溶解/沉积反应时，会导致不稳定的固体电解质界面（SEI）膜和枝晶的生成，这些副反应会导致安全隐患和较大的库伦效率损失。固态电池的运行依赖于活性物质和固态电解质以及可能的添加剂之间的紧密接触。充放电会导致正负极活性材料的体积变化，这些局部应力会导致固态电池内部材料的开裂和弯曲，最终导致接触损失和电池性能衰减，造成循环次数有限同时还具备不可克服的安全隐患。
[0004]目前市面上各种电容或者超级电容随着电介质膜的薄层化，电容率往往也随着降低。而且，由于随着电介质的薄层化由于制作工艺的天然缺陷在电介质膜上往往出现的孔漏，有时存在漏电特性和耐电压也劣化。由于电介质层缺陷所致的短路和内部电极断开等问题，目前的工艺模式难以将电介质层薄层化到例如2um以下，理论上电介质越薄越好，但是降到一定厚度，元件电压会崩溃击穿。
[0005]所以如何解决上述问题成了技术人员必须解决的卡脖子难题。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
的种种问题，本专利技术在于提供一种芯片微电池，针对
技术介绍
中存在的问题，该二次电池和现有的锂离子电池和超级电容相比，在相同的负载运行状况下，重量和体积均降低了数百倍；而其储电量却提高了上百倍；且该二次电池可以在几分钟时间内完成充电；同时生产成本降低了五分之四。针对背景中【0006】本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的【0007】。
[0007]所述的一种芯片微电池，所述微电池由奈米级的单元组成，可以按照具体需求通过逻辑电路设计扩展成几十万个或者几百个单元串并联。所述微电池单元包括微电极（601,602）以及2N+1(2≦N≦50，N为自然数)层磁性物质(603,604)和N层电介质构成(605)；所述电介质(605)被夹持在两个所述极化方向相反的磁性物质(603,604)之间形成手指交叉阵列；所述电介质层两侧的磁性层磁极性相反，以抑制磁性层之间的漏电流。
[0008]本专利技术的芯片微电池（600），包括：第一电极（601)；第二电极(602）；手指交叉阵列2N+1(2≦N≦50，N为自然数)层磁性物质(603,604)和N层电介质构成(605)。
[0009]所述手指交叉阵列磁性层物质(603,604)由镍、铁、钴、硼、钕组成合金或者单独的组中的材料形成，并以半导体衬底并采用各种先进光刻技术完成。目前主流的光刻技术包括X射线光刻、紫外线光刻以及电子束光刻等。光刻是整个微加工工艺中技术难度最大，也是最为关键的技术步骤。
[0010] 所谓光刻就是通过对光束进行控制，在一层薄薄的光刻胶表面“刻蚀”出我们需要的图案，光束照过的位置光刻胶的化学性质会发生变化，通过显影液的浸泡会使照射过的部分去除（正胶）或者保留（负胶），按照光刻机的光源种类划分，目前主流的光刻技术包括X射线光刻、紫外线光刻以及电子束光刻等。光源的波长是影响光刻精度的主要原因，由于光源波长的限制，X射线曝光可达到50nm左右的精度，深紫外光源的曝光精度在100nm左右，而电子的波长较小，因而电子束光刻的加工精度可以达到10nm以内。电子束光刻以其分辨率高、性能稳定，成本相对较低的特点，因而成为人们最为关注的下一代光刻技术之一，现在水平是电子束曝光技术加工出2.2nm的线宽，实验室已经加工成0.8 nm的线宽。
[0011]本专利技术采用电子束光刻半导体衬底（600）的由镍、铁、钴、硼、钕组成合金块或者单独的组中的材料块形成所述手指交叉阵列磁性层物质(603,604)。电子束光刻主要流程依次为：基片表面预处理、涂覆光刻胶、前烘、电子束曝光、显影、定影、金属沉积及去胶等工艺环节。电子束光刻按照曝光方式划分可分为两种，投影式曝光与直写式曝光。根据各种各样的性能需求，而计算得来的形状大小，对的硅衬底的由镍、铁、钴、硼、钕组成合金块或者单独的组中的材料块进行电子束光刻最后形成手指交叉阵列微电池。
[0012]小批量采用直写式电子束的曝光原理是将聚焦的电子束斑直接打在光刻胶的表面，不需要掩模版，通过磁场直接控制电子束斑按照预设的轨迹在光刻胶表面照射，完成图案转移，就像是画画，铅笔类似于电子束，纸类似于光刻胶，而我们的手类似于磁场，通过手控制铅笔的移动完成图画的绘制。加工中不需要成本高昂的掩模版和昂贵的投影光学系统，其加工方式也更为灵活，适合小批量器件的光刻，在实际中应用更为广泛。
[0013]大批量规模生产采用投影式曝光通过控制电子束照射掩模图形，将掩模图形投影至光刻胶表面，把掩模板上的图案转移到光刻胶上，原理类似于照相机，拍摄对象好比掩模板，光刻胶就像是胶卷，通过光线的照射把拍摄对象投影到胶卷上。均采用现有流行芯片制
程方式大规模生产，不再复述。
[0014]所述手指交叉阵列磁性层物质(602,603)用光刻技术完成的厚度为1-50nm为最佳效果。然后采用磁化的方式，将磁性层(602,603) 磁极性相反，以抑制磁性层之间的漏电流。
[0015]进一步，所述电介质层（601）的材质由具有比较高的电容率的电介质材料，目前材料已知（Ba，Sr）TiO3（BST）、和Pb（Mg
1/3
Nbzg）O3(PMN)等构成。使用CVD法、蒸镀法、溅射法等各种薄膜形成方法，最后形成交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片制程技术的微电池，所述微电池由奈米级的单元组成，可以按照具体需求通过芯片制程技术用逻辑电路设计扩展成几十万个或者几百个单元串并联；所述微电池单元包括微电极（606,607）以及2N+1(2≦N≦50，N为自然数)层磁性物质(602,603)和N层电介质构成(601)；所述电介质(601)被夹持在两个所述极化方向相反的磁性物质(603,604)之间。2.根据权利要求1所述的微电池，其特征在于，所述衬底物质(600)由半导体材料构成，包括第一代主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料；第二代主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等；及第三代半导体材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带（Eg》2.3eV）半导体材料等。3.根据权利要求1所述的微电池，其特征在于，所述层磁性物质(602,603)由镍、铁、钴、硼、钕组成或者单独的组中的磁性材料形成，采用现有或者即将突破的各种先进光刻技术完成；目前主流的光刻技术包括X射线光刻、紫外线光刻以及电子束光刻等。4.根据权利要求1所述的微电池，其特征在于，所述磁性材料用光刻技术完成的厚度为1-50nm。5.根据权利要求1所述的微电池，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一G四三三，
申请(专利权)人：余学恩，
类型：发明
国别省市：