JPS5937604A - 超イオン伝導性薄膜の作成方法 - Google Patents
超イオン伝導性薄膜の作成方法Info
- Publication number
- JPS5937604A JPS5937604A JP58105857A JP10585783A JPS5937604A JP S5937604 A JPS5937604 A JP S5937604A JP 58105857 A JP58105857 A JP 58105857A JP 10585783 A JP10585783 A JP 10585783A JP S5937604 A JPS5937604 A JP S5937604A
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- Japan
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- thin film
- superionically
- conductive thin
- create
- thin films
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アルカリイオンの超イオン伝導体であるβ−
ＡＩ！２０３．β−Ｇａ２０３．Ｎａ５Ｚｒ２Ｓｉ２Ｐ
Ｏ０２゜Ｌｓ １４Ｚｒｌ （Ｇｅ０４ ）４などの薄
膜をスパッタリング法で作成する製造方法に関するもの
である。
ＡＩ！２０３．β−Ｇａ２０３．Ｎａ５Ｚｒ２Ｓｉ２Ｐ
Ｏ０２゜Ｌｓ １４Ｚｒｌ （Ｇｅ０４ ）４などの薄
膜をスパッタリング法で作成する製造方法に関するもの
である。
近年、超イオン伝導性物質に関する関心が高まりつつあ
る。とくに、アルカリイオン伝導体は、Ｎａ −８電池
や、Ｔ、ｉ電池の固体電解質として注目されている。前
者は、自動車用バッテリーや、ロードレベリング用蓄電
池として、その実用化が進みつつある。また後者は、電
子機器の小型化、薄型化に伴い、電池の薄型化への要望
が強まってきたため、近年急速にその用途が開けつつあ
るものである。また、上記固体ＬＭ質を用い、エレクト
ロクロミックディスプレーを固体化する試みもあり、イ
オン伝導度の高い安定な固体電解質の出現が強く望まれ
ている。
る。とくに、アルカリイオン伝導体は、Ｎａ −８電池
や、Ｔ、ｉ電池の固体電解質として注目されている。前
者は、自動車用バッテリーや、ロードレベリング用蓄電
池として、その実用化が進みつつある。また後者は、電
子機器の小型化、薄型化に伴い、電池の薄型化への要望
が強まってきたため、近年急速にその用途が開けつつあ
るものである。また、上記固体ＬＭ質を用い、エレクト
ロクロミックディスプレーを固体化する試みもあり、イ
オン伝導度の高い安定な固体電解質の出現が強く望まれ
ている。
上記デバイスのイオン伝導度を高める方法きして、固体
電解質を薄膜化し、幾何学的に抵抗を下げる方法が考え
られる。しかし、従来のセラミック技術では、膜厚１０
μｍ以下の薄膜を作成することは困難である。また、従
来の製膜技術であるＣＶＩ）法、スパッタリング法を用
いても、イオン伝導度の大きい薄膜は得られていＩＳか
った。この原因は、■上記固体電解質の合成温度が高い
こと、■薄膜形成中にアルカリ金属酸化物が蒸発などに
よって失われる７ご゛め、組成制御が困難である。こと
などである。さらに、通常の低温における膜形成では得
られた膜の結晶性が悪いため、イオン伝導性の良好な薄
膜は得られていなかった。本発明は、これらの従来技術
の欠点を解消し、イオン伝導性のすぐれた薄膜を作成す
る目的でなされたものである。なお、スパッタリングタ
ーゲットとしては、前記超イオン伝導性化合物と、 Ｌ
ｉＡ７０２゜ＬｉＧａＯ２，Ｌｉ２ＣＯ３，ＮａＡｔ！
０２．ＮａＧａＯ２゜Ｎ ａ ２ Ｃ０３などのアルカ
リ化合物を混合した粉末を用いる。粉末を用いる理由は
、■薄膜中のアルカリ濃度を自由に制御できること、■
ＮａＭ０２（Ｍ＝Ａ／’ 、 Ｇａ ）などが潮解性で
あるため、混合焼結体ターゲットを作ることが困難であ
るこさなどである。
電解質を薄膜化し、幾何学的に抵抗を下げる方法が考え
られる。しかし、従来のセラミック技術では、膜厚１０
μｍ以下の薄膜を作成することは困難である。また、従
来の製膜技術であるＣＶＩ）法、スパッタリング法を用
いても、イオン伝導度の大きい薄膜は得られていＩＳか
った。この原因は、■上記固体電解質の合成温度が高い
こと、■薄膜形成中にアルカリ金属酸化物が蒸発などに
よって失われる７ご゛め、組成制御が困難である。こと
などである。さらに、通常の低温における膜形成では得
られた膜の結晶性が悪いため、イオン伝導性の良好な薄
膜は得られていなかった。本発明は、これらの従来技術
の欠点を解消し、イオン伝導性のすぐれた薄膜を作成す
る目的でなされたものである。なお、スパッタリングタ
ーゲットとしては、前記超イオン伝導性化合物と、 Ｌ
ｉＡ７０２゜ＬｉＧａＯ２，Ｌｉ２ＣＯ３，ＮａＡｔ！
０２．ＮａＧａＯ２゜Ｎ ａ ２ Ｃ０３などのアルカ
リ化合物を混合した粉末を用いる。粉末を用いる理由は
、■薄膜中のアルカリ濃度を自由に制御できること、■
ＮａＭ０２（Ｍ＝Ａ／’ 、 Ｇａ ）などが潮解性で
あるため、混合焼結体ターゲットを作ることが困難であ
るこさなどである。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例 １゜
Ｇａ２Ｏ３およびＮａ２ＣＯ３原料粉末を４：ｌのモル
比で秤喰混合し、１１００℃、１０時間反応させてＮａ
−β“−Ｇ ａ ２０３を作成する。また１モル比を調
整し、同様な方法にて、 ＮａＧａＯ２粉末を作成する
。これら粉末をＮａ２．Ｇ４４Ｇａ２０３： ＮａＧａ
Ｏ２＝＝ １： ２− （ｍｏｌ ）となるように混合
し、この粉末をターゲットし、スパッタアップ方式とし
薄膜形成を行なった。また、本実施例は、プレーナーマ
グネトロン高速スパッタリング法を採用した。上記ター
ゲットを用い、基板温度：３００’Ｏ，真空度＝２ｘ
１０−２ｍｍ Ｈｇ、放電ガス： （Ａｒ １０２＝
６０／４０）、膜形成速度：０．４μｍ／１Ｈのスパッ
タリング条件で膜を作成した。ＳｉＯ□、アルミナ基板
上に膜厚的２／１ｍの膜を作成し、イオン伝導度を測定
した結果３０ ｏ ’ｃ ；ｃて２ Ｘ １０−”Ｕ−
ｃｍ−’であった。なお、β〃Ｇ ａ ２０３の粉末の
みからなるターゲットを用いたときは、上記同一条件で
作成した膜のイオン伝導度が、４ Ｘ １０−７て５−
ｃｍ−’であった。これは、スパッタ中にアルカリが蒸
発により失われたことによるもので、ターゲラ日１成を
所望通りに制御することが非常に重要であることがわか
る。
比で秤喰混合し、１１００℃、１０時間反応させてＮａ
−β“−Ｇ ａ ２０３を作成する。また１モル比を調
整し、同様な方法にて、 ＮａＧａＯ２粉末を作成する
。これら粉末をＮａ２．Ｇ４４Ｇａ２０３： ＮａＧａ
Ｏ２＝＝ １： ２− （ｍｏｌ ）となるように混合
し、この粉末をターゲットし、スパッタアップ方式とし
薄膜形成を行なった。また、本実施例は、プレーナーマ
グネトロン高速スパッタリング法を採用した。上記ター
ゲットを用い、基板温度：３００’Ｏ，真空度＝２ｘ
１０−２ｍｍ Ｈｇ、放電ガス： （Ａｒ １０２＝
６０／４０）、膜形成速度：０．４μｍ／１Ｈのスパッ
タリング条件で膜を作成した。ＳｉＯ□、アルミナ基板
上に膜厚的２／１ｍの膜を作成し、イオン伝導度を測定
した結果３０ ｏ ’ｃ ；ｃて２ Ｘ １０−”Ｕ−
ｃｍ−’であった。なお、β〃Ｇ ａ ２０３の粉末の
みからなるターゲットを用いたときは、上記同一条件で
作成した膜のイオン伝導度が、４ Ｘ １０−７て５−
ｃｍ−’であった。これは、スパッタ中にアルカリが蒸
発により失われたことによるもので、ターゲラ日１成を
所望通りに制御することが非常に重要であることがわか
る。
実施例 ２゜
ＭｇＡｅ２０４あるいはアルミナを基板とし、実施例１
と同様のスパッタリング条件にて、１，５μｍ厚みのＮ
ａ−βＧａ２Ｏ３薄膜を作成した。さらに、この薄膜を
６００°Ｃ〜１０００”Ｏの温度でそれぞれ３時間熱処
理し、結晶性およびイオン伝導度の向上を図った。第１
図は、熱処理後のＮａ−βＧａ２Ｏ３薄膜の基板面に平
行方向に測定したイオン伝導度の温度変化を示したもの
（アレニウスプロット）である。第１図において、１は
スパッタリングしたままの試料、２，３．４はそれぞれ
６００ ”０．９００℃、１０００℃で熱処理した後の
イオン伝導度を示したものである。また、高温領域にお
けるイオン伝導の活性化エネルギーを単結晶の値と共に
第１表に示す。
と同様のスパッタリング条件にて、１，５μｍ厚みのＮ
ａ−βＧａ２Ｏ３薄膜を作成した。さらに、この薄膜を
６００°Ｃ〜１０００”Ｏの温度でそれぞれ３時間熱処
理し、結晶性およびイオン伝導度の向上を図った。第１
図は、熱処理後のＮａ−βＧａ２Ｏ３薄膜の基板面に平
行方向に測定したイオン伝導度の温度変化を示したもの
（アレニウスプロット）である。第１図において、１は
スパッタリングしたままの試料、２，３．４はそれぞれ
６００ ”０．９００℃、１０００℃で熱処理した後の
イオン伝導度を示したものである。また、高温領域にお
けるイオン伝導の活性化エネルギーを単結晶の値と共に
第１表に示す。
第 １ 表
熱処理温度 活性化エネルギー
（’Ｏ） （Ｋｃａ／’／ｍｏ／？）未処理
１７ ６００ １３ ００７ １０００ ５ 単結晶 ４ ｘｏｏｏ’ａにて熱処理した薄膜は、イオン伝導度の値
も、単結晶の一桁強小さい程度で、か一つ活性化エネル
ギーも単結晶の値にほぼ等しく、著しく特性の良好な薄
膜であることがわかる。
１７ ６００ １３ ００７ １０００ ５ 単結晶 ４ ｘｏｏｏ’ａにて熱処理した薄膜は、イオン伝導度の値
も、単結晶の一桁強小さい程度で、か一つ活性化エネル
ギーも単結晶の値にほぼ等しく、著しく特性の良好な薄
膜であることがわかる。
Ｎａ−βＡｌ２Ｏ３の場合も、ターゲット組成をＮａ２
Ｏ・１１ Ａｌ ２０３ ： ＮａＡｊ？０２＝＝ １
： ２ （ｒｎｏｅ）とすることで、β−Ｇａ２０３
とほぼ同様のイオン伝導度を示す薄膜が得られた。
Ｏ・１１ Ａｌ ２０３ ： ＮａＡｊ？０２＝＝ １
： ２ （ｒｎｏｅ）とすることで、β−Ｇａ２０３
とほぼ同様のイオン伝導度を示す薄膜が得られた。
実施例 ３゜
Ｎａ２ＣＯ３，ＺｒＯ２，ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４，５Ｉ０２
原料粉末をＮａ５Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ□２組成となるよう
に秤喰混合し、固相反応によりＮａ５Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ
，。粉末を作成した。
原料粉末をＮａ５Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ□２組成となるよう
に秤喰混合し、固相反応によりＮａ５Ｚｒ２Ｓｉ２ＰＯ
，。粉末を作成した。
さらに、この粉末にＮａＣＯ３をＮａ５Ｚｒ２ＳＩ２Ｐ
Ｏ１２： ＮａＣＯ３＝ １ ： ３ （ｍｏ／’ ）
となるようン「３合しターゲット吉した。
Ｏ１２： ＮａＣＯ３＝ １ ： ３ （ｍｏ／’ ）
となるようン「３合しターゲット吉した。
実施例１と同様なスパッタリンク条件で５μｍ厚みの薄
膜を作成し、その後ｓ ｏ ｏ ａにて熱処理した。こ
の様にして得られた薄膜のイオン伝導度は、２０００に
おいて、２ ｘ １０− ＜７− ｃｍ−’であった。
膜を作成し、その後ｓ ｏ ｏ ａにて熱処理した。こ
の様にして得られた薄膜のイオン伝導度は、２０００に
おいて、２ ｘ １０− ＜７− ｃｍ−’であった。
以上説明したごとく本発明によると、５１ｚｍ以下の薄
膜においても、イオン伝導度の著しく高いＲ膜が得られ
る。バルク材料に比べ薄膜１は厚みが３桁程小さいため
、イオン伝導は３桁大きくなり、これは固体電解質を各
種デバイスに適用する場合、著しい効果が期待できるも
のである。
膜においても、イオン伝導度の著しく高いＲ膜が得られ
る。バルク材料に比べ薄膜１は厚みが３桁程小さいため
、イオン伝導は３桁大きくなり、これは固体電解質を各
種デバイスに適用する場合、著しい効果が期待できるも
のである。
第１図は、本発明の方法により製造した超イオン伝導性
薄膜におけるイオン伝導のアレニウスプロットを示す線
図である。 １・・・スパッタリングしたままの試料の場合、２・・
・６ｏｏ’ｃで熱処理した場合、３・・９００°Ｃで熱
処理した場合、４・・・ｔ ｏ ｏ ｏ ’ｃで熱処理
した場合。
薄膜におけるイオン伝導のアレニウスプロットを示す線
図である。 １・・・スパッタリングしたままの試料の場合、２・・
・６ｏｏ’ｃで熱処理した場合、３・・９００°Ｃで熱
処理した場合、４・・・ｔ ｏ ｏ ｏ ’ｃで熱処理
した場合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超イオン伝導性化合物とアルカリ金属化合物とを混
合した粉末をターゲ、ｙトとして、スパッタリング法に
より、基板ヒに被着することを特徴とする超イオン伝導
性薄膜の作成方法。 ２、超イオン伝導性化合物とアルカリ金属化合物とを混
合した粉末をターゲ、ットとして、スパッタリング法に
より、基板上に超イオン伝導性薄膜を被着した後、該薄
膜を６００−１０００υで熱処理することを特徴とする
超イオン伝導性薄膜の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105857A JPS5937604A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 超イオン伝導性薄膜の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105857A JPS5937604A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 超イオン伝導性薄膜の作成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5937604A true JPS5937604A (ja) | 1984-03-01 |
Family
ID=14418653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58105857A Pending JPS5937604A (ja) | 1983-06-15 | 1983-06-15 | 超イオン伝導性薄膜の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5937604A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08432U (ja) * | 1991-04-01 | 1996-02-27 | 勇男 遠藤 | 電池誘導棒 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5085585A (ja) * | 1973-12-03 | 1975-07-10 | ||
| JPS5699979A (en) * | 1980-01-11 | 1981-08-11 | Hitachi Ltd | Manufacture of super ionic conductive thin film |
-
1983
- 1983-06-15 JP JP58105857A patent/JPS5937604A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5085585A (ja) * | 1973-12-03 | 1975-07-10 | ||
| JPS5699979A (en) * | 1980-01-11 | 1981-08-11 | Hitachi Ltd | Manufacture of super ionic conductive thin film |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08432U (ja) * | 1991-04-01 | 1996-02-27 | 勇男 遠藤 | 電池誘導棒 |
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