JPH08203777A - 薄膜電池、薄膜電池の製造方法および薄膜電池製造装置 - Google Patents
薄膜電池、薄膜電池の製造方法および薄膜電池製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エネルギー密度が飛躍的に高く、コンパクト
で軽量な電池を提供する。 【構成】 本発明では、誘電体薄膜１０を、電極９とし
ての導電性膜で挟み込み、電気エネルギーを蓄積する薄
膜電池において、前記電気エネルギーをＥ，前記誘電体
薄膜の厚さをｄとしたとき次式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されていることを特徴とする。
で軽量な電池を提供する。 【構成】 本発明では、誘電体薄膜１０を、電極９とし
ての導電性膜で挟み込み、電気エネルギーを蓄積する薄
膜電池において、前記電気エネルギーをＥ，前記誘電体
薄膜の厚さをｄとしたとき次式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜電池、薄膜電池の
製造方法および薄膜電池製造装置に係り、特に二次電池
に関する。
製造方法および薄膜電池製造装置に係り、特に二次電池
に関する。
【０００２】
【従来技術】現在充放電可能な電池（二次電池）として
は、鉛蓄電池が最もポピュラーであり、この他、特にリ
チウム電池、ニッケル電池、マンガン電池などがあげら
れる。電池は電気エネルギーを化学エネルギーに変換し
て蓄積する装置であり、正極・活物質／電解質／活物質
・負極の組み合わせで構成される。そしてこの正極・負
極には電子伝導性材料、電解質にはイオン伝導性材料、
正極活物質には酸化剤、負極活物質には還元剤が用いら
れる。
は、鉛蓄電池が最もポピュラーであり、この他、特にリ
チウム電池、ニッケル電池、マンガン電池などがあげら
れる。電池は電気エネルギーを化学エネルギーに変換し
て蓄積する装置であり、正極・活物質／電解質／活物質
・負極の組み合わせで構成される。そしてこの正極・負
極には電子伝導性材料、電解質にはイオン伝導性材料、
正極活物質には酸化剤、負極活物質には還元剤が用いら
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらいずれも
化学反応を利用するもので、電解質を構成する溶媒が必
要不可欠となる。溶媒の密度は０．７〜１．６ｇ／ｃｍ
3 の値をとり、これが電池の容積と重量の大半を占めて
いた。結果として現在の二次電池のエネルギー密度は約
４２Ｗｈ／ｋｇとなるため、蓄えようとするエネルギー
に応じて相応の容積と重量は免れ得ず、電気自動車やソ
ーラーカーへの利用を考えるときには電解液の占める体
積と重量が大きな課題となっていた。例えばガソリン４
０リットルに相当するエネルギーを蓄える場合には鉛蓄
電池では容積２００リットル、重量４００ｋｇとなるた
め、後部座席や荷物室まで占有しなければならなかっ
た。
化学反応を利用するもので、電解質を構成する溶媒が必
要不可欠となる。溶媒の密度は０．７〜１．６ｇ／ｃｍ
3 の値をとり、これが電池の容積と重量の大半を占めて
いた。結果として現在の二次電池のエネルギー密度は約
４２Ｗｈ／ｋｇとなるため、蓄えようとするエネルギー
に応じて相応の容積と重量は免れ得ず、電気自動車やソ
ーラーカーへの利用を考えるときには電解液の占める体
積と重量が大きな課題となっていた。例えばガソリン４
０リットルに相当するエネルギーを蓄える場合には鉛蓄
電池では容積２００リットル、重量４００ｋｇとなるた
め、後部座席や荷物室まで占有しなければならなかっ
た。
【０００４】一方、同じエネルギーを従来の積層型セラ
ミックコンデンサに蓄えようとすると、誘電体の誘電率
を１００００、膜厚を１μm 、絶縁破壊の強さを１０5
V/cmとして見積もっても容積２００００リットル、重量
１．２×１０5 ｋｇとなるため、根本的に問題を解決す
ることにはならなかった。
ミックコンデンサに蓄えようとすると、誘電体の誘電率
を１００００、膜厚を１μm 、絶縁破壊の強さを１０5
V/cmとして見積もっても容積２００００リットル、重量
１．２×１０5 ｋｇとなるため、根本的に問題を解決す
ることにはならなかった。
【０００５】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、エネルギー密度が飛躍的に高く、コンパクトで軽量
な電池を提供することを目的とする。
で、エネルギー密度が飛躍的に高く、コンパクトで軽量
な電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、誘電体薄膜を、電極としての導電性膜で挟み込み、
電気エネルギーを蓄積する薄膜電池において、電気エネ
ルギーをＥ，前記誘電体薄膜の厚さをｄとしたとき、次
式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されている。
は、誘電体薄膜を、電極としての導電性膜で挟み込み、
電気エネルギーを蓄積する薄膜電池において、電気エネ
ルギーをＥ，前記誘電体薄膜の厚さをｄとしたとき、次
式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されている。
【０００７】望ましくはこの誘電体薄膜としては、Ｂａ
0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜などを用いる。
0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜などを用いる。
【０００８】望ましくは、前記誘電体薄膜が２層以上積
層せしめられてなる多層構造であることを特徴とする。
層せしめられてなる多層構造であることを特徴とする。
【０００９】また、本発明の第２では、円筒状または円
柱状基板と、前記基板表面に渦巻き状をなすように巻回
せしめられた、第１の電極薄膜と、第１の誘電体薄膜
と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体薄膜とからなる４
層構造の積層体と、前記第１の電極薄膜および第２の電
極薄膜に取り付けられた第１および第２の取り出し電極
とを具備したことを特徴とする。
柱状基板と、前記基板表面に渦巻き状をなすように巻回
せしめられた、第１の電極薄膜と、第１の誘電体薄膜
と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体薄膜とからなる４
層構造の積層体と、前記第１の電極薄膜および第２の電
極薄膜に取り付けられた第１および第２の取り出し電極
とを具備したことを特徴とする。
【００１０】望ましくは、この基板は、ランタンストロ
ンチウムガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）単結晶基板であ
ることを特徴とする。
ンチウムガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）単結晶基板であ
ることを特徴とする。
【００１１】また望ましくは、この第１およびまたは第
２の電極薄膜は、Ｃａ1-x Ｓｒx ＲｕＯ3 （０．４≦ｘ
≦０．６），ＳｒＣｒＯ3 ，Ｅｒ1-x Ｎｂx Ｏ3 （０≦
ｘ≦０．３），ＢａＰｂＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 、Ｎ
ｄ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５），Ｌａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５）、Ｎｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 （０．０００１≦ｘ≦０．００１）のい
ずれかで構成されている。 本発明の第３では、薄膜電
池の製造方法において、円筒状または円柱状基板を、回
転しつつ、前記基板の外周に沿って所定の間隔を隔てて
位置する少なくとも４つの領域で、第１の電極薄膜を成
膜する工程と、前記第１の電極薄膜の成膜された領域に
第１の誘電体薄膜を成膜する工程と、前記第１の誘電体
薄膜の成膜された領域に第２の電極薄膜を成膜する工程
と、前記第２の電極薄膜の成膜された領域に第２の誘電
体薄膜を成膜する工程とを含み、これらの工程が、最初
は順次所定の時間差を於いて成膜を開始し、開始後は同
時に連続して続行せしめられることにより、前記基板表
面に、渦巻き状をなすように順次、第１の電極薄膜と、
第１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体
薄膜とからなる４層構造の積層体を巻回せしめてなる電
池形成工程と、前記第１の電極薄膜および第２の電極薄
膜に第１および第２の取り出し電極を形成する取り出し
電極形成工程とを含むことを特徴とする。
２の電極薄膜は、Ｃａ1-x Ｓｒx ＲｕＯ3 （０．４≦ｘ
≦０．６），ＳｒＣｒＯ3 ，Ｅｒ1-x Ｎｂx Ｏ3 （０≦
ｘ≦０．３），ＢａＰｂＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 、Ｎ
ｄ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５），Ｌａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５）、Ｎｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 （０．０００１≦ｘ≦０．００１）のい
ずれかで構成されている。 本発明の第３では、薄膜電
池の製造方法において、円筒状または円柱状基板を、回
転しつつ、前記基板の外周に沿って所定の間隔を隔てて
位置する少なくとも４つの領域で、第１の電極薄膜を成
膜する工程と、前記第１の電極薄膜の成膜された領域に
第１の誘電体薄膜を成膜する工程と、前記第１の誘電体
薄膜の成膜された領域に第２の電極薄膜を成膜する工程
と、前記第２の電極薄膜の成膜された領域に第２の誘電
体薄膜を成膜する工程とを含み、これらの工程が、最初
は順次所定の時間差を於いて成膜を開始し、開始後は同
時に連続して続行せしめられることにより、前記基板表
面に、渦巻き状をなすように順次、第１の電極薄膜と、
第１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体
薄膜とからなる４層構造の積層体を巻回せしめてなる電
池形成工程と、前記第１の電極薄膜および第２の電極薄
膜に第１および第２の取り出し電極を形成する取り出し
電極形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】本発明の第４では、真空容器内に、円筒状
または円柱状基板を回転しながら支持する基板支持台
と、前記基板表面から所定の間隔を隔てた位置に配設さ
れ、前記回転の回転軸に平行に形成された少なくとも４
つのスリットを有する円筒状のマスクと、前記４つのス
リットの位置に対応して前記真空容器の所定の領域に配
設された少なくとも第１の電極薄膜用、第１の誘電体薄
膜用、第２の電極薄膜用、第２の誘電体薄膜用の４つの
ターゲットと、前記ターゲットにエネルギー線を供給す
るエネルギー供給手段とを具備し、前記エネルギー供給
手段からのエネルギーによって前記ターゲットからそれ
ぞれ飛翔せしめられる粒子線が、前記マスクの各スリッ
トを介してそれぞれ前記基板上に到達し、前記基板表面
に、渦巻き状をなすように順次、第１の電極薄膜と、第
１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体薄
膜とからなる４層構造の積層体が巻回せしめられるよう
に構成されたことを特徴とする。
または円柱状基板を回転しながら支持する基板支持台
と、前記基板表面から所定の間隔を隔てた位置に配設さ
れ、前記回転の回転軸に平行に形成された少なくとも４
つのスリットを有する円筒状のマスクと、前記４つのス
リットの位置に対応して前記真空容器の所定の領域に配
設された少なくとも第１の電極薄膜用、第１の誘電体薄
膜用、第２の電極薄膜用、第２の誘電体薄膜用の４つの
ターゲットと、前記ターゲットにエネルギー線を供給す
るエネルギー供給手段とを具備し、前記エネルギー供給
手段からのエネルギーによって前記ターゲットからそれ
ぞれ飛翔せしめられる粒子線が、前記マスクの各スリッ
トを介してそれぞれ前記基板上に到達し、前記基板表面
に、渦巻き状をなすように順次、第１の電極薄膜と、第
１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、第２の誘電体薄
膜とからなる４層構造の積層体が巻回せしめられるよう
に構成されたことを特徴とする。
【００１３】本発明の第５では、誘電率が厚さに比例す
る臨界厚さｄc の３倍以下となるように前記誘電体薄膜
の厚さｄが設定されており、前記薄膜電池が、少なくと
も１００層以上積層せしめられた積層構造をなすことを
特徴とする。
る臨界厚さｄc の３倍以下となるように前記誘電体薄膜
の厚さｄが設定されており、前記薄膜電池が、少なくと
も１００層以上積層せしめられた積層構造をなすことを
特徴とする。
【００１４】
【作用】ところでコンデンサ構造に蓄えられる静電エネ
ルギーは、次式で与えられる。 Ｅ＝１／２・（εr ε0 （Ｓ／ｄ））・（Ｆ・ｄ）2 （１） ここでＥ：蓄えられるエネルギー、 εr ：誘電体の比誘電率、 ε0 ：真空の誘電率、 Ｓ ：コンデンサの面積 ｄ ：誘電体の厚さ Ｆ ：誘電体に印加される電場 である。
ルギーは、次式で与えられる。 Ｅ＝１／２・（εr ε0 （Ｓ／ｄ））・（Ｆ・ｄ）2 （１） ここでＥ：蓄えられるエネルギー、 εr ：誘電体の比誘電率、 ε0 ：真空の誘電率、 Ｓ ：コンデンサの面積 ｄ ：誘電体の厚さ Ｆ ：誘電体に印加される電場 である。
【００１５】よってエネルギー密度を上げるためには、 １．誘電率の高い誘電体を用いる。
【００１６】２．誘電体にかけられる電場を上げる という２つの方法がある。ここで誘電体にかけられる電
圧は、誘電体の絶縁破壊電圧によって上限が与えられ、
絶縁破壊電圧は、誘電体の厚さの逆数に対して、指数関
数的に上がることが知られている。
圧は、誘電体の絶縁破壊電圧によって上限が与えられ、
絶縁破壊電圧は、誘電体の厚さの逆数に対して、指数関
数的に上がることが知られている。
【００１７】この厚さの領域においてコンデンサを形成
すれば非常に絶縁破壊電圧が高くなるため、コンデンサ
に印加する電圧を上げることができる。
すれば非常に絶縁破壊電圧が高くなるため、コンデンサ
に印加する電圧を上げることができる。
【００１８】そしてＣＧＳ単位系では Ｅ（ＣＧＳ）＝（1/(2×9 ×1011))( εr ε0 （Ｓ／ｄ））・（Ｆ・ｄ）2 （２） ここでＥ：蓄えられるエネルギー（Ｊ）、 εr ：誘電体の比誘電率、 ε0 ：真空の誘電率（＝１）、 Ｓ ：コンデンサの面積（cm2 ） ｄ ：誘電体の厚さ（cm） Ｆ ：誘電体に印加される電場（Ｖ／cm） である。
【００１９】ここで誘電体の誘電率εr は誘電体の厚さ
に対して、図９に示すような関係がある。すなわち、 εr ＝εr (bulk) d ≧ dc （３） εr ＝Ａ・ｄ d ≦ dc という関係があり、厚さの臨界値 dc は物質によって異
なる。またＡは物質定数である。
に対して、図９に示すような関係がある。すなわち、 εr ＝εr (bulk) d ≧ dc （３） εr ＝Ａ・ｄ d ≦ dc という関係があり、厚さの臨界値 dc は物質によって異
なる。またＡは物質定数である。
【００２０】また、誘電体にかけられる電場は、ミクロ
ン以下の薄膜領域を除くと、絶縁破壊の強さＦmax によ
って上限が与えられ、 Ｆmax ＝Ｂ・ｄ(n-1) （４） という関係があり、この式の係数Ｂと指数ｎ（０．３〜
１）も物質によって異なる。
ン以下の薄膜領域を除くと、絶縁破壊の強さＦmax によ
って上限が与えられ、 Ｆmax ＝Ｂ・ｄ(n-1) （４） という関係があり、この式の係数Ｂと指数ｎ（０．３〜
１）も物質によって異なる。
【００２１】（２）式に、（３）式および（４）式を代
入すると、結局エネルギーの厚さ依存性は、 Ｅ（ＣＧＳ）＝（1/(2×9 ×1011))( εr (bulk)ε0 （Ｂ2 ｓ・ｄ2n-1）） d ≧ dc （５） ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ2 ）ｓ・ｄ2n）） d ≦ dc （６） 次にコンデンサに蓄えられるエネルギー密度の厚さ依存
性を求めると、電極の厚さを誘電体の厚さと同じと仮定
して、Ｎセットの積層をしたとき、 Ｅ（ＣＧＳ）／gr ＝（1/(2×9 ×1011))( εr (bulk)ε0 （Ｂ2 ）（１／２ρ）ｄ2n-2）） d ≧ dc （７） ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ2 ）（１／２ρ）・ｄ2n-1）） d ≦ dc （８） ここでρは、誘電体と電極との密度の平均値である。
入すると、結局エネルギーの厚さ依存性は、 Ｅ（ＣＧＳ）＝（1/(2×9 ×1011))( εr (bulk)ε0 （Ｂ2 ｓ・ｄ2n-1）） d ≧ dc （５） ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ2 ）ｓ・ｄ2n）） d ≦ dc （６） 次にコンデンサに蓄えられるエネルギー密度の厚さ依存
性を求めると、電極の厚さを誘電体の厚さと同じと仮定
して、Ｎセットの積層をしたとき、 Ｅ（ＣＧＳ）／gr ＝（1/(2×9 ×1011))( εr (bulk)ε0 （Ｂ2 ）（１／２ρ）ｄ2n-2）） d ≧ dc （７） ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ2 ）（１／２ρ）・ｄ2n-1）） d ≦ dc （８） ここでρは、誘電体と電極との密度の平均値である。
【００２２】ここで興味深いのは、０．５＜ｎ≦１にお
いて厚さｄを下げるにつれてｆ(d)＝ｄ2n-2は上昇する
ことである。すなわち式（７）において、厚さの臨界値
dcまではエネルギー密度が上がることを示している。
但し厚さの臨界値以下では、（８）式に従って、エネル
ギー密度は下がることを示している。しかしｎ≦０．５
においては、厚さｄを下げるにつれてｆ(d)= d2n-1も上
昇する。これは（７）（８）式においてｎ≦０．５のと
きは、いずれもエネルギー密度が上がることを意味して
いる。
いて厚さｄを下げるにつれてｆ(d)＝ｄ2n-2は上昇する
ことである。すなわち式（７）において、厚さの臨界値
dcまではエネルギー密度が上がることを示している。
但し厚さの臨界値以下では、（８）式に従って、エネル
ギー密度は下がることを示している。しかしｎ≦０．５
においては、厚さｄを下げるにつれてｆ(d)= d2n-1も上
昇する。これは（７）（８）式においてｎ≦０．５のと
きは、いずれもエネルギー密度が上がることを意味して
いる。
【００２３】ところでミクロン以下の薄膜領域の場合
は、誘電体の誘電率は（３）式と全く同様であるが、絶
縁破壊の強さＦmax は薄膜の厚さの減少とともに急激に
増大しはじめる。これも厚さの指数関数で表されるが、
（４）式とは指数が異なり、 Ｆmax ＝Ｂ´・ｄn'-1 （９） この指数n'-1は通常負の数となる。さらに膜厚をかけれ
ば絶縁破壊電圧（Ｖmax）となり Ｖmax ＝Ｂ´・ｄn' （１０） の指数 n' も負の数となる。この膜厚領域において薄膜
コンデンサを構成すれば、コンデンサーに蓄えられるエ
ネルギーは、誘電体薄膜の厚さを下げるほど大きくな
る。このときのエネルギー密度の膜厚依存性は（８）式
と同様にして Ｅ（ＣＧＳ）／gr ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ´2 ）（１／２ρ）・ｄ2n'-1 ） d ≦ dc （１１） よって（８），（１１）式より、薄膜コンデンサ−のエ
ネルギー密度を上げるためには、誘電体の絶縁破壊電圧
が誘電体の膜厚に指数関数的に依存しかつその指数が
０．５以下であることが本質的に望まれる。
は、誘電体の誘電率は（３）式と全く同様であるが、絶
縁破壊の強さＦmax は薄膜の厚さの減少とともに急激に
増大しはじめる。これも厚さの指数関数で表されるが、
（４）式とは指数が異なり、 Ｆmax ＝Ｂ´・ｄn'-1 （９） この指数n'-1は通常負の数となる。さらに膜厚をかけれ
ば絶縁破壊電圧（Ｖmax）となり Ｖmax ＝Ｂ´・ｄn' （１０） の指数 n' も負の数となる。この膜厚領域において薄膜
コンデンサを構成すれば、コンデンサーに蓄えられるエ
ネルギーは、誘電体薄膜の厚さを下げるほど大きくな
る。このときのエネルギー密度の膜厚依存性は（８）式
と同様にして Ｅ（ＣＧＳ）／gr ＝（1/(2×9 ×1011))( ε0 Ａ（Ｂ´2 ）（１／２ρ）・ｄ2n'-1 ） d ≦ dc （１１） よって（８），（１１）式より、薄膜コンデンサ−のエ
ネルギー密度を上げるためには、誘電体の絶縁破壊電圧
が誘電体の膜厚に指数関数的に依存しかつその指数が
０．５以下であることが本質的に望まれる。
【００２４】図１０(a) および(b) はＦ(d) ＝ｄ2n-2と
Ｆ(d) ＝ｄ2n-1とを計算し、プロットしたグラフであ
る。d ≧ dc のときには単に膜厚を低化させるだけでコ
ンデンサの蓄積エネルギー密度の上限が向上するが、一
方、ｄ≦ｄc のときは指数ｎの選び方により、膜厚を低
下させても、蓄積エネルギー密度の向上に結びつかない
ことがあるので、小形でかつ蓄積エネルギー密度を向上
させるには指数ｎの選択（指数ｎをもつような物質を選
択すること）が重要である。
Ｆ(d) ＝ｄ2n-1とを計算し、プロットしたグラフであ
る。d ≧ dc のときには単に膜厚を低化させるだけでコ
ンデンサの蓄積エネルギー密度の上限が向上するが、一
方、ｄ≦ｄc のときは指数ｎの選び方により、膜厚を低
下させても、蓄積エネルギー密度の向上に結びつかない
ことがあるので、小形でかつ蓄積エネルギー密度を向上
させるには指数ｎの選択（指数ｎをもつような物質を選
択すること）が重要である。
【００２５】このように指数が０．５以下のときに誘電
体の厚さを薄くするほどエネルギー密度が上がることが
わかる。誘電体の厚さを小さくすることは、同時にコン
デンサの容積を下げることにもなるため、１００層以上
の積層構造をとっても大形化することなく、結果として
蓄えられるエネルギーを飛躍的に向上させることにな
る。しかし絶縁破壊電圧は、誘電体の粒界などの存在に
より著しく下げるため、誘電体薄膜と電極薄膜とをヘテ
ロエピタキシャルに成膜することで性能を向上させるこ
とが重要である。さらに誘電体の厚さを小さくしていく
につれトンネル電流が無視できなくなるため、高誘電材
料の薄膜を挾み込む対の金属若しくは伝導性酸化物の電
極薄膜の電気伝導をつかさどるフェルミ面の波動関数の
種類の異なる組み合わせにより、波動関数の重なりを小
さくしてトンネル電流を小さくすることが望ましい。
体の厚さを薄くするほどエネルギー密度が上がることが
わかる。誘電体の厚さを小さくすることは、同時にコン
デンサの容積を下げることにもなるため、１００層以上
の積層構造をとっても大形化することなく、結果として
蓄えられるエネルギーを飛躍的に向上させることにな
る。しかし絶縁破壊電圧は、誘電体の粒界などの存在に
より著しく下げるため、誘電体薄膜と電極薄膜とをヘテ
ロエピタキシャルに成膜することで性能を向上させるこ
とが重要である。さらに誘電体の厚さを小さくしていく
につれトンネル電流が無視できなくなるため、高誘電材
料の薄膜を挾み込む対の金属若しくは伝導性酸化物の電
極薄膜の電気伝導をつかさどるフェルミ面の波動関数の
種類の異なる組み合わせにより、波動関数の重なりを小
さくしてトンネル電流を小さくすることが望ましい。
【００２６】本発明の第１によれば、誘電体薄膜の膜厚
をセラミックスコンデンサでは実現できない厚さにする
ことにより、小面積で多層化することができ、飛躍的に
蓄積されるエネルギー密度を向上させることができる。
をセラミックスコンデンサでは実現できない厚さにする
ことにより、小面積で多層化することができ、飛躍的に
蓄積されるエネルギー密度を向上させることができる。
【００２７】前記薄膜電池を２層以上積層せしめられて
なる多層構造とすることにより、蓄積電気エネルギーを
大幅に増大することができる。
なる多層構造とすることにより、蓄積電気エネルギーを
大幅に増大することができる。
【００２８】望ましくはこの誘電体薄膜の膜厚は５μm
以下、さらに望ましくは０．１〜１μm である。種々の
誘電体薄膜において臨界膜厚は５μm 以下であり、この
膜厚以下で用いることになる。そして１００層以上の薄
膜電池を積層することにより、蓄積エネルギー効率の高
い大容量の薄膜電池を得ることができる。
以下、さらに望ましくは０．１〜１μm である。種々の
誘電体薄膜において臨界膜厚は５μm 以下であり、この
膜厚以下で用いることになる。そして１００層以上の薄
膜電池を積層することにより、蓄積エネルギー効率の高
い大容量の薄膜電池を得ることができる。
【００２９】また、本発明の第２によれば、誘電体薄膜
材料および膜厚を、上記条件を満たすように選択すると
共に、円筒状または円柱状基板表面に、第１の誘電体薄
膜と、第１の電極薄膜と、第２の誘電体薄膜と、第２の
電極薄膜とからなる４層構造の積層体を構成して、渦巻
き状をなすように巻回することにより、極めて小形で蓄
積エネルギーの大きい薄膜電池を得ることができる。
材料および膜厚を、上記条件を満たすように選択すると
共に、円筒状または円柱状基板表面に、第１の誘電体薄
膜と、第１の電極薄膜と、第２の誘電体薄膜と、第２の
電極薄膜とからなる４層構造の積層体を構成して、渦巻
き状をなすように巻回することにより、極めて小形で蓄
積エネルギーの大きい薄膜電池を得ることができる。
【００３０】望ましくは、この基板を、ランタンストロ
ンチウムガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）単結晶基板とす
ることにより、電極薄膜との格子定数を近くすることが
できエピタキシャル成長することが可能となり、配向性
を高め、蓄積エネルギーの損失を低減することができ
る。
ンチウムガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）単結晶基板とす
ることにより、電極薄膜との格子定数を近くすることが
できエピタキシャル成長することが可能となり、配向性
を高め、蓄積エネルギーの損失を低減することができ
る。
【００３１】また望ましくは、この第１およびまたは第
２の電極薄膜を、Ｃａ1-x Ｓｒx ＲｕＯ3 （０．４≦ｘ
≦０．６），ＳｒＣｒＯ3 ，Ｅｒ1-x Ｎｂx Ｏ3 （０≦
ｘ≦０．３），ＢａＰｂＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 、Ｎ
ｄ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５），Ｌａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５）、Ｎｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 （０．０００１≦ｘ≦０．００１）のい
ずれかで構成すれば、前記基板との格子定数が近く、配
向性のよい電極薄膜を得ることができる。また第１およ
び第２の電極薄膜を正極側と負極側とでそれぞれ異なる
材質で構成するようにしてもよい。
２の電極薄膜を、Ｃａ1-x Ｓｒx ＲｕＯ3 （０．４≦ｘ
≦０．６），ＳｒＣｒＯ3 ，Ｅｒ1-x Ｎｂx Ｏ3 （０≦
ｘ≦０．３），ＢａＰｂＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 、Ｎ
ｄ2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５），Ｌａ
2-x Ｓｒx ＣｕＯ4 （０．１≦ｘ≦０．５）、Ｎｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 （０．０００１≦ｘ≦０．００１）のい
ずれかで構成すれば、前記基板との格子定数が近く、配
向性のよい電極薄膜を得ることができる。また第１およ
び第２の電極薄膜を正極側と負極側とでそれぞれ異なる
材質で構成するようにしてもよい。
【００３２】本発明の第３および第４によれば、順次連
続的に多層膜が形成され、渦巻き状に極めて容易に積層
膜が形成される。そして基板支持台の回転速度およびエ
ネルギー供給量を調整することにより、各層の膜厚は極
めて容易に調整することができ、大容量の薄膜電池を形
成することが可能となる。
続的に多層膜が形成され、渦巻き状に極めて容易に積層
膜が形成される。そして基板支持台の回転速度およびエ
ネルギー供給量を調整することにより、各層の膜厚は極
めて容易に調整することができ、大容量の薄膜電池を形
成することが可能となる。
【００３３】本発明の第５によれば、臨界膜厚の３倍以
下の膜厚をもつ誘電体薄膜を用いることによっても、大
容量の薄膜電池を形成することが可能となる。
下の膜厚をもつ誘電体薄膜を用いることによっても、大
容量の薄膜電池を形成することが可能となる。
【００３４】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
つつ詳細に説明する。
【００３５】この薄膜電池は、図１(a) に分解説明図、
図１(b) に上面図を示すように、ストロンチウムチタネ
ート（ＳｒＴｉＯ3 ）基板８の表面に、電極薄膜９とし
て膜厚０．１μm のＮｄ1.5 Ｃｅ0.Ｃｕ5 Ｏ4 薄膜と、
誘電体薄膜として膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 Ｔ
ｉＯ3 薄膜１０とを交互に１０6 回繰り返して積層し、
最上層を電極薄膜９とし、取り出し電極１１ａ，１２ａ
を介して電気的接続がなされ、各電池が直列接続された
ものである。
図１(b) に上面図を示すように、ストロンチウムチタネ
ート（ＳｒＴｉＯ3 ）基板８の表面に、電極薄膜９とし
て膜厚０．１μm のＮｄ1.5 Ｃｅ0.Ｃｕ5 Ｏ4 薄膜と、
誘電体薄膜として膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 Ｔ
ｉＯ3 薄膜１０とを交互に１０6 回繰り返して積層し、
最上層を電極薄膜９とし、取り出し電極１１ａ，１２ａ
を介して電気的接続がなされ、各電池が直列接続された
ものである。
【００３６】この薄膜電池の製造に際しては、図２に示
すように真空チャンバー１内に、ヒータを具えた基板ホ
ルダー２を形成するとともに、誘電体薄膜形成用および
電極薄膜形成用の２種類のマスクを具備したマスク交換
機構３と、誘電体材料からなる第１のターゲット４、電
極材料からなる第２のターゲット５と、基板ホルダ２に
載置される被処理基板８に酸素プラズマを照射するため
の酸素プラズマ銃６とを具備してなる装置が用いられ
る。そしてこの真空チャンバー１には紫外線を透過する
透過窓７が形成されており、真空チャンバー１の外に設
けられた紫外線レーザからの光をターゲット上に導くよ
うに構成されている。ここでは可動ミラーによってター
ゲット４，５に順次選択的にレーザ光が到達するように
調整している。ここでレーザ光は１Ｊ／ｃｍ2 、繰り返
し周波数１０Ｈｚ，基板ホルダの温度は７００℃とし
た。
すように真空チャンバー１内に、ヒータを具えた基板ホ
ルダー２を形成するとともに、誘電体薄膜形成用および
電極薄膜形成用の２種類のマスクを具備したマスク交換
機構３と、誘電体材料からなる第１のターゲット４、電
極材料からなる第２のターゲット５と、基板ホルダ２に
載置される被処理基板８に酸素プラズマを照射するため
の酸素プラズマ銃６とを具備してなる装置が用いられ
る。そしてこの真空チャンバー１には紫外線を透過する
透過窓７が形成されており、真空チャンバー１の外に設
けられた紫外線レーザからの光をターゲット上に導くよ
うに構成されている。ここでは可動ミラーによってター
ゲット４，５に順次選択的にレーザ光が到達するように
調整している。ここでレーザ光は１Ｊ／ｃｍ2 、繰り返
し周波数１０Ｈｚ，基板ホルダの温度は７００℃とし
た。
【００３７】この装置の基板ホルダ２に、縦１．６ｃｍ
×横６．５ｃｍのストロンチウムチタネート（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）基板８を載置し、マスク交換機構３で電極薄膜形
成用のマスクを選択し、レーザ光を第１のターゲット４
に照射する。このときターゲット表面からクラスターや
イオン、分子、電子が飛び出し、電極薄膜９としてのＮ
ｄ1.5 Ｃｅ0.Ｃｕ5 Ｏ4 薄膜が形成される。そして酸素
プラズマ銃６から酸素プラズマ（酸素流量０．１リット
ル／min.高周波パワー５０Ｗ）を照射し、電極薄膜９の
表面を平坦化する。この工程により中心線平均粗さＲａ
＝０．５nmとなる。次いで、マスク交換機構３で誘電体
薄膜形成用のマスクを選択し、レーザ光を第２のターゲ
ット５に照射する。このようにして誘電体薄膜１０とし
て膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜を形
成し、さらに再び酸素プラズマ（酸素流量０．１リット
ル／min.高周波パワー５０Ｗ）を照射し、誘電体薄膜１
０の表面を平坦化する。この工程により中心線平均粗さ
Ｒａ＝０．５nmとなる。
×横６．５ｃｍのストロンチウムチタネート（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）基板８を載置し、マスク交換機構３で電極薄膜形
成用のマスクを選択し、レーザ光を第１のターゲット４
に照射する。このときターゲット表面からクラスターや
イオン、分子、電子が飛び出し、電極薄膜９としてのＮ
ｄ1.5 Ｃｅ0.Ｃｕ5 Ｏ4 薄膜が形成される。そして酸素
プラズマ銃６から酸素プラズマ（酸素流量０．１リット
ル／min.高周波パワー５０Ｗ）を照射し、電極薄膜９の
表面を平坦化する。この工程により中心線平均粗さＲａ
＝０．５nmとなる。次いで、マスク交換機構３で誘電体
薄膜形成用のマスクを選択し、レーザ光を第２のターゲ
ット５に照射する。このようにして誘電体薄膜１０とし
て膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜を形
成し、さらに再び酸素プラズマ（酸素流量０．１リット
ル／min.高周波パワー５０Ｗ）を照射し、誘電体薄膜１
０の表面を平坦化する。この工程により中心線平均粗さ
Ｒａ＝０．５nmとなる。
【００３８】この工程を交互に１０6 回繰り返して積層
し、最上層を電極薄膜９とし、図２に示すように取り出
し電極１１ａ，１２ａを介して電気的接続を行い、積層
コンデンサ型の薄膜電池が完成する。
し、最上層を電極薄膜９とし、図２に示すように取り出
し電極１１ａ，１２ａを介して電気的接続を行い、積層
コンデンサ型の薄膜電池が完成する。
【００３９】このようにして形成された薄膜電池を１０
０Ｖで充電した場合、５×１０8 ジュール（＝１．４×
１０5 Ｗｈ）のエネルギーを蓄えることができた。この
エネルギーはガソリン自動車のガソリン４０リットルに
相当する。そしてこの電池の体積は外形１０ｃｍ×１０
ｃｍ×２０ｃｍとなり重量は１２ｋｇでエネルギー密度
は１．２×１０4 Ｗｈ／ｋｇであり、通常の鉛蓄電池の
２８０倍である。
０Ｖで充電した場合、５×１０8 ジュール（＝１．４×
１０5 Ｗｈ）のエネルギーを蓄えることができた。この
エネルギーはガソリン自動車のガソリン４０リットルに
相当する。そしてこの電池の体積は外形１０ｃｍ×１０
ｃｍ×２０ｃｍとなり重量は１２ｋｇでエネルギー密度
は１．２×１０4 Ｗｈ／ｋｇであり、通常の鉛蓄電池の
２８０倍である。
【００４０】また、同様の方法で、縦１．６ｃｍ×横
６．５ｃｍで誘電体層３×１０4 層を積層して構成した
電池は、体積として１．６ｃｍ×６．５ｃｍ×０．６ｃ
ｍで電圧１００Ｖで充電した場合に蓄えられるエネルギ
ーは、５７０Ｗｈとなり、同サイズの従来のＮｉ−Ｃｄ
電池１．２ｖの充電で蓄えられるエネルギーの約８００
倍である。
６．５ｃｍで誘電体層３×１０4 層を積層して構成した
電池は、体積として１．６ｃｍ×６．５ｃｍ×０．６ｃ
ｍで電圧１００Ｖで充電した場合に蓄えられるエネルギ
ーは、５７０Ｗｈとなり、同サイズの従来のＮｉ−Ｃｄ
電池１．２ｖの充電で蓄えられるエネルギーの約８００
倍である。
【００４１】なお、前記実施例では、積層型構造とした
が、単層構造の薄膜電池にも適用可能であり、また、極
めて薄型の電池であるため、能動素子の裏面側に、バッ
ファ層を介して電極薄膜、誘電体薄膜、電極薄膜を積層
し、集積化することも可能である。
が、単層構造の薄膜電池にも適用可能であり、また、極
めて薄型の電池であるため、能動素子の裏面側に、バッ
ファ層を介して電極薄膜、誘電体薄膜、電極薄膜を積層
し、集積化することも可能である。
【００４２】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。この薄膜電池は、円筒状のストロンチウムランタン
ガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）基板１６の表面に、図３
に断面説明図を示すように、膜厚０．１μm のＮｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜からなる電極薄膜２１ａ、膜厚０．
１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体
薄膜２２ａ、膜厚０．１μm のＮｂx Ｓｒ1- x ＴｉＯ3
薄膜からなる電極薄膜２１ｂ、膜厚０．１μm のＢａ
0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体薄膜２２ｂの
４層膜の積層体が渦巻状に重ねられて形成されたもので
ある。
る。この薄膜電池は、円筒状のストロンチウムランタン
ガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）基板１６の表面に、図３
に断面説明図を示すように、膜厚０．１μm のＮｂx Ｓ
ｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜からなる電極薄膜２１ａ、膜厚０．
１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体
薄膜２２ａ、膜厚０．１μm のＮｂx Ｓｒ1- x ＴｉＯ3
薄膜からなる電極薄膜２１ｂ、膜厚０．１μm のＢａ
0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜からなる誘電体薄膜２２ｂの
４層膜の積層体が渦巻状に重ねられて形成されたもので
ある。
【００４３】この薄膜電池の製造に際しては、図４に示
すように真空チャンバー１９内に、ヒータを具え、回転
可能に構成された円筒状の基板ホルダー１５を配設する
とともに、この基板ホルダー１５上にロール状の基板１
６が載置され、この基板１６の表面から所定の間隔を隔
てた位置に、４つのスリットＳを有する円筒状のマスク
１７が設置され、さらに電極材料としてＮｂx Ｓｒ1-x
ＴｉＯ3 （0.0001≦x≦0.001 ）からなる第１のターゲ
ット１３ａ、１３ｂ，誘電体材料としてＢａ0. 5 Ｓｒ
0.5 ＴｉＯ3 電極材料としてＮｂx Ｓｒ1-x ＴｉＯ
3 （0.0001≦x ≦0.001 ）からなる第２のターゲット１
４ａ，１４ｂとを具備してなる装置が用いられる。１８
は第１および第２のターゲットから飛翔してくるクラス
タ、分子などの拡散を防止する隔壁である。そしてこの
真空チャンバー１９には紫外線を透過する透過窓２０が
形成されており、真空チャンバー１９の外に設けられた
紫外線レーザからの光をターゲット上に導くように構成
されている。ここでは、ターゲット１３ａ，１３ｂ，１
４ａ，１４ｂにレーザ光が照射されるが、照射開始は所
定時間ずつずらすことができるようになっている。ここ
でマスク１７は４か所にそれぞれ回転軸に平行なスリッ
トＳ1 〜Ｓ4 を具備しており、スリット幅は、基板ホル
ダ１５の回転速度に応じて調整される。そして、図５に
説明図を示すように、スリットＳ1 〜Ｓ4 を透過してき
た粒子によってそれぞれ第１の電極薄膜と第１の誘電体
薄膜、第２の電極薄膜と第２の誘電体薄膜とが順次それ
ぞれの位置で成膜されることにより、回転する基板表面
では連続的に交互に渦巻状をなすように積層されていく
ようになっている。ここでレーザ光は、１Ｊ／ｃｍ2 、
繰り返し周波数１０Ｈｚ，基板ホルダの温度は７００℃
とした。
すように真空チャンバー１９内に、ヒータを具え、回転
可能に構成された円筒状の基板ホルダー１５を配設する
とともに、この基板ホルダー１５上にロール状の基板１
６が載置され、この基板１６の表面から所定の間隔を隔
てた位置に、４つのスリットＳを有する円筒状のマスク
１７が設置され、さらに電極材料としてＮｂx Ｓｒ1-x
ＴｉＯ3 （0.0001≦x≦0.001 ）からなる第１のターゲ
ット１３ａ、１３ｂ，誘電体材料としてＢａ0. 5 Ｓｒ
0.5 ＴｉＯ3 電極材料としてＮｂx Ｓｒ1-x ＴｉＯ
3 （0.0001≦x ≦0.001 ）からなる第２のターゲット１
４ａ，１４ｂとを具備してなる装置が用いられる。１８
は第１および第２のターゲットから飛翔してくるクラス
タ、分子などの拡散を防止する隔壁である。そしてこの
真空チャンバー１９には紫外線を透過する透過窓２０が
形成されており、真空チャンバー１９の外に設けられた
紫外線レーザからの光をターゲット上に導くように構成
されている。ここでは、ターゲット１３ａ，１３ｂ，１
４ａ，１４ｂにレーザ光が照射されるが、照射開始は所
定時間ずつずらすことができるようになっている。ここ
でマスク１７は４か所にそれぞれ回転軸に平行なスリッ
トＳ1 〜Ｓ4 を具備しており、スリット幅は、基板ホル
ダ１５の回転速度に応じて調整される。そして、図５に
説明図を示すように、スリットＳ1 〜Ｓ4 を透過してき
た粒子によってそれぞれ第１の電極薄膜と第１の誘電体
薄膜、第２の電極薄膜と第２の誘電体薄膜とが順次それ
ぞれの位置で成膜されることにより、回転する基板表面
では連続的に交互に渦巻状をなすように積層されていく
ようになっている。ここでレーザ光は、１Ｊ／ｃｍ2 、
繰り返し周波数１０Ｈｚ，基板ホルダの温度は７００℃
とした。
【００４４】この装置の基板ホルダ１５に、円筒状のス
トロンチウムランタンガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）基
板１６を載置し、マスク１７および隔壁１８を設置した
のち、基板ホルダ１５を所定の回転速度で回転し、まず
第１のターゲット１３ａへのレーザ光の照射を開始す
る。このときターゲット表面からクラスターやイオン、
分子、電子が飛び出し、スリットＳ1 を介して基板表面
に到達し電極薄膜２１ａとして膜厚０．１μm のＮｂx
Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜の形成が開始される。そしてやや
遅らせて誘電体薄膜２１ａの開始端がスリットＳ2 の位
置まで到達したとき、第２のターゲット１４ａへのレー
ザ光の照射を開始する。このとき、誘電体薄膜２２ａと
して膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜の
形成が開始される。さらにやや遅らせて電極薄膜２２ａ
の開始端がスリットＳ3 の位置まで到達したとき、第１
のターゲット１３ｂへのレーザ光の照射を開始する。こ
のとき、電極薄膜２１ｂとして膜厚０．１μm のＮｂx
Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜が形成される。やや遅らせて電極
薄膜２１ｂの開始端がスリットＳ4 の位置まで到達した
とき、レーザ光を第２のターゲット１４ｂに照射する。
このとき、誘電体薄膜２２ｂとして膜厚０．１μm のＢ
ａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜の形成が開始される。この
ようにして各スリットから、クラスターや原子、分子の
供給を続けることにより順次薄膜が積層される（図６に
工程説明図を示す。図６(a) は工程の初期を示し、図６
(b) は最終工程を示す）。これは平面的に示すと図７に
示すようになる。すなわち、基板表面を走行させなが
ら、順次各ゾーンで各薄膜生成を行っていくものであ
る。このようにして図３に断面説明図を示したように電
極薄膜２１ａ，誘電体薄膜２２ａ，電極薄膜２１ｂ，誘
電体薄膜２２ｂの４層膜の積層体が渦巻状に重ねられた
状態となる。
トロンチウムランタンガレート（ＬａＳｒＧａＯ4 ）基
板１６を載置し、マスク１７および隔壁１８を設置した
のち、基板ホルダ１５を所定の回転速度で回転し、まず
第１のターゲット１３ａへのレーザ光の照射を開始す
る。このときターゲット表面からクラスターやイオン、
分子、電子が飛び出し、スリットＳ1 を介して基板表面
に到達し電極薄膜２１ａとして膜厚０．１μm のＮｂx
Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜の形成が開始される。そしてやや
遅らせて誘電体薄膜２１ａの開始端がスリットＳ2 の位
置まで到達したとき、第２のターゲット１４ａへのレー
ザ光の照射を開始する。このとき、誘電体薄膜２２ａと
して膜厚０．１μm のＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜の
形成が開始される。さらにやや遅らせて電極薄膜２２ａ
の開始端がスリットＳ3 の位置まで到達したとき、第１
のターゲット１３ｂへのレーザ光の照射を開始する。こ
のとき、電極薄膜２１ｂとして膜厚０．１μm のＮｂx
Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜が形成される。やや遅らせて電極
薄膜２１ｂの開始端がスリットＳ4 の位置まで到達した
とき、レーザ光を第２のターゲット１４ｂに照射する。
このとき、誘電体薄膜２２ｂとして膜厚０．１μm のＢ
ａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 薄膜の形成が開始される。この
ようにして各スリットから、クラスターや原子、分子の
供給を続けることにより順次薄膜が積層される（図６に
工程説明図を示す。図６(a) は工程の初期を示し、図６
(b) は最終工程を示す）。これは平面的に示すと図７に
示すようになる。すなわち、基板表面を走行させなが
ら、順次各ゾーンで各薄膜生成を行っていくものであ
る。このようにして図３に断面説明図を示したように電
極薄膜２１ａ，誘電体薄膜２２ａ，電極薄膜２１ｂ，誘
電体薄膜２２ｂの４層膜の積層体が渦巻状に重ねられた
状態となる。
【００４５】そして最後に、図８（電極取り出し領域を
明瞭にするために上層の膜は省略した）に示すように、
電極薄膜２１ａ，２１ｂに取り出し電極２３ａ，２３ｂ
を取り付けることにより薄膜電池が完成する。
明瞭にするために上層の膜は省略した）に示すように、
電極薄膜２１ａ，２１ｂに取り出し電極２３ａ，２３ｂ
を取り付けることにより薄膜電池が完成する。
【００４６】なお、前記実施例では、基板を回転しなが
ら順次成膜したが、基板を薄い絶縁性フィルムで構成
し、このフィルムを基板ホルダとしての供給ロールから
巻取ロールに巻き取りながら、順次電極薄膜、誘電体薄
膜、電極薄膜の３層膜を連続形成し（図７に示した説明
図と同様に、積層がなされながらロールが形成されてい
く）、図３に示したのと同様の渦巻き状の薄膜電池を得
るようにしてもよい。
ら順次成膜したが、基板を薄い絶縁性フィルムで構成
し、このフィルムを基板ホルダとしての供給ロールから
巻取ロールに巻き取りながら、順次電極薄膜、誘電体薄
膜、電極薄膜の３層膜を連続形成し（図７に示した説明
図と同様に、積層がなされながらロールが形成されてい
く）、図３に示したのと同様の渦巻き状の薄膜電池を得
るようにしてもよい。
【００４７】このようにして極めて容易に、多層膜から
なる薄膜電池を形成することが可能となる。ここでも基
板の回転速度と、ターゲットへの供給エネルギーを調整
することにより、膜厚は容易に調整可能である。
なる薄膜電池を形成することが可能となる。ここでも基
板の回転速度と、ターゲットへの供給エネルギーを調整
することにより、膜厚は容易に調整可能である。
【００４８】電極材料および誘電体薄膜材料としては、
前記実施例で用いた材料のほか、適宜変更可能である。
前記実施例で用いた材料のほか、適宜変更可能である。
【００４９】また、基板と電極薄膜との間の接合面を良
好にするため、格子定数の近い材料を選択したり、格子
定数の差を緩和すべく組成傾斜層を介在させるようにし
てもよい。また結晶の軸方向によって誘電率が異なるた
め、誘電率が大きくなるような方向へ誘電体をエピタキ
シャル成長させるようにしてもよい。
好にするため、格子定数の近い材料を選択したり、格子
定数の差を緩和すべく組成傾斜層を介在させるようにし
てもよい。また結晶の軸方向によって誘電率が異なるた
め、誘電率が大きくなるような方向へ誘電体をエピタキ
シャル成長させるようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、小形でエネルギー密度
の高い電池を提供することが可能となる。
の高い電池を提供することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例の薄膜電池を示す図
【図２】同薄膜電池を形成するための製造装置を示す図
【図３】本発明の第２の実施例の薄膜電池を示す図
【図４】同薄膜電池を形成するための製造装置を示す図
【図５】同装置の説明図
【図６】同薄膜電池を形成するための工程説明図
【図７】同装置の説明図
【図８】同薄膜電池の要部説明図
【図９】本発明を説明するための臨界膜厚の説明図
【図１０】本発明の原理説明図
１ 真空チャンバー ２ 基板ホルダー ３ マスク交換機構 ４ 第１のターゲット ５ 第２のターゲット ６ 酸素プラズマ銃 ７ 透過窓 ８ 被処理基板 ９ 電極薄膜 １０ 誘電体薄膜 １１、１２ 取り出し電極 １３ａ、１３ｂ 第１のターゲット １４ａ、１４ｂ 第２のターゲット １５ 基板ホルダー １６ ロール状の基板 １７ マスク １８ 隔壁 １９ 真空チャンバー ２０ 透過窓 ２１ａ 電極薄膜 ２１ｂ 電極薄膜 ２２ａ 誘電体薄膜 ２２ｂ 誘電体薄膜
Claims (6)
- 【請求項１】 誘電体薄膜を、電極としての導電性膜で
挟み込み、電気エネルギーを蓄積する薄膜電池におい
て、 蓄積され得る前記電気エネルギーをＥ，前記誘電体薄膜
の厚さをｄとしたとき次式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されていることを特徴とする薄膜電池 - 【請求項２】 前記薄膜電池が２層以上積層せしめられ
てなる多層構造体で構成された薄膜電池であることを特
徴とする請求項１記載の薄膜電池。 - 【請求項３】 円筒状または円柱状基板と、前記基板表
面に渦巻き状をなすように巻回せしめられた、第１の電
極薄膜と、第１の誘電体薄膜と、第２の電極体薄膜と、
第２の誘電体薄膜とからなる４層構造の積層体と、前記
第１の電極薄膜および第２の電極薄膜に取り付けられた
第１および第２の取り出し電極とを具備してなり、蓄積
され得る前記電気エネルギーをＥ，前記第１および第２
の誘電体薄膜の厚さをｄとしたとき、 次式 が成立する厚さであり、その指数ｎが０．５以下である
誘電体薄膜で構成されていることを特徴とする薄膜電
池。 - 【請求項４】 円筒状または円柱状基板を、回転しつ
つ、 前記基板の外周に沿って所定の間隔を隔てて位置する少
なくとも４つの領域でそれぞれ、第１の電極薄膜を成膜
する工程と、前記第１の電極薄膜の成膜された領域に第
１の誘電体薄膜を成膜する工程と、前記第１の誘電体薄
膜の成膜された領域に第２の電極薄膜を成膜する工程
と、前記第２の電極薄膜の成膜された領域に第２の誘電
体薄膜を成膜する工程とを含み、 これらの工程が、最初は順次所定の時間差をおいて成膜
を開始し、開始後は同時に連続して続行せしめられるこ
とにより、 前記基板表面に、渦巻き状をなすように順次、第１の電
極薄膜と、第１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、第
２の誘電体薄膜とからなる４層構造の積層体を巻回せし
めてなる薄膜電池を形成する電池形成工程と、 前記第１の電極薄膜および第２の電極薄膜に第１および
第２の取り出し電極を形成する取り出し電極形成工程と
を含むことを特徴とする薄膜電池の製造方法。 - 【請求項５】 真空容器内に、 円筒状または円柱状基板を回転しながら支持する基板支
持台と、 前記基板表面から所定の間隔を隔てた位置に配設され、
前記回転の回転軸に平行に形成された少なくとも４つの
スリットを有する円筒状のマスクと、 前記４つのスリットの位置に対応して前記真空容器の所
定の領域に配設された少なくとも第１の電極薄膜用、第
１の誘電体薄膜用、第２の電極薄膜用、第２の誘電体薄
膜用の４つのターゲットと、 前記ターゲットにエネルギー線を供給するエネルギー供
給手段と、 を具備し、 前記エネルギー供給手段からのエネルギーによって前記
ターゲットからそれぞれ飛翔せしめられる粒子線が、前
記マスクの各スリットを介してそれぞれ前記基板上に到
達して、前記基板表面で成膜せしめられ、順次、第１の
電極薄膜と、第１の誘電体薄膜と、第２の電極薄膜と、
第２の誘電体薄膜とからなる４層構造の積層体が渦巻き
状をなすように構成されたことを特徴とする薄膜電池製
造装置。 - 【請求項６】 誘電体薄膜を、電極としての導電性膜で
挟み込み、電気エネルギーを蓄積する薄膜電池におい
て、 誘電率が厚さに比例し、その値を越えると一定になる臨
界厚さｄc の３倍以下となるように、前記誘電体薄膜の
厚さｄが設定されており、前記薄膜電池が、少なくとも
１００層以上積層せしめられた積層構造をなすことを特
徴とする薄膜電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7009204A JPH08203777A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 薄膜電池、薄膜電池の製造方法および薄膜電池製造装置 |
| KR1019960001145A KR960030464A (ko) | 1995-01-24 | 1996-01-19 | 박막전지, 박막전지의 제조방법 및 박막전지 제조장치 |
| PCT/JP1996/000123 WO1996023312A1 (fr) | 1995-01-24 | 1996-01-24 | Batterie a couches minces et son procede et dispositif de production |
| EP96901104A EP0807943A1 (en) | 1995-01-24 | 1996-01-24 | Thin-film battery and method and device for manufacturing it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7009204A JPH08203777A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 薄膜電池、薄膜電池の製造方法および薄膜電池製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203777A true JPH08203777A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=11713956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7009204A Pending JPH08203777A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 薄膜電池、薄膜電池の製造方法および薄膜電池製造装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0807943A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08203777A (ja) |
| KR (1) | KR960030464A (ja) |
| WO (1) | WO1996023312A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243658A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜の製造方法及び製造装置並びに薄膜及び薄膜積層体及び薄膜部品 |
| JP2012518894A (ja) * | 2009-02-02 | 2012-08-16 | リンデール インコーポレイテッド | 高密度コンデンサまたは他の顕微鏡的層を有する機械的デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2843581C2 (de) * | 1978-10-05 | 1986-03-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektrischer Schichtkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP0339844A3 (en) * | 1988-04-29 | 1991-01-16 | SPECTRUM CONTROL, INC. (a Delaware corporation) | Multi layer structure and process for making same |
| JPH05166666A (ja) * | 1991-12-19 | 1993-07-02 | Toshiba Corp | 金属−セラミック積層フィルム |
| JP3131498B2 (ja) * | 1992-05-22 | 2001-01-31 | 株式会社東芝 | 薄膜コンデンサ |
-
1995
- 1995-01-24 JP JP7009204A patent/JPH08203777A/ja active Pending
-
1996
- 1996-01-19 KR KR1019960001145A patent/KR960030464A/ko not_active Ceased
- 1996-01-24 EP EP96901104A patent/EP0807943A1/en not_active Withdrawn
- 1996-01-24 WO PCT/JP1996/000123 patent/WO1996023312A1/ja not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243658A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜の製造方法及び製造装置並びに薄膜及び薄膜積層体及び薄膜部品 |
| JP2012518894A (ja) * | 2009-02-02 | 2012-08-16 | リンデール インコーポレイテッド | 高密度コンデンサまたは他の顕微鏡的層を有する機械的デバイスの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1996023312A1 (fr) | 1996-08-01 |
| EP0807943A1 (en) | 1997-11-19 |
| KR960030464A (ko) | 1996-08-17 |
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