[發明專利]激光處理與電化學元件層沉積的整合

在審

• 申請號: 201580057852.7
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN107112548A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 秉-圣·利奧·郭;斯蒂芬·莫法特
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01M6/40
• 分類號: H01M6/40;H01M4/04;H01M6/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國

相關申請案的交互參照

本申請案主張申請于2014年10月31日的美國臨時申請案第62/073,818號的權益，此申請案以引用的方式全部并入本文。

技術領域

本公開內容實施例大體而言關于用于制造電化學元件的工具及方法，且更特定但非排他地，關于激光處理與電化學元件層沉積的整合。

背景技術

諸如固態薄膜電池(thin film battery；TFB)的電化學元件包含許多層的堆疊，所述層包括集電器層、陰極(正電極)層、固態電解質層及陽極(負電極)層。制造這些元件的挑戰在于當考慮在這些元件中使用的材料的類型—陶瓷、介電質、金屬氧化物、氮氧化磷等時，形成具有完成元件的滿意效能所需的結晶度、晶相、表面形態、材料密度及針孔密度的材料層。這些材料具有低表面遷移率及高活化能，以形成具有所需特性的材料。元件效能、產量、可制造性及成本將取決于可產生具有滿意結晶度、晶相及密度的層的適宜性及方便性程度。明確存在對于用于制造具有所需材料特性的元件層的工具及方法的需要。

發明內容

本公開內容描述用于改良電化學元件層的特性的沉積及處理工具及方法，所述電化學元件包括諸如薄膜電池(TFB)、電致變色元件等的能量儲存元件。所考慮的層特性包括結晶度、表面形態、材料密度及針孔密度。硬件及方法包括將元件層的激光處理與層沉積整合，其中處理是原位的，且對于材料類型及沉積方法(PVD、CVD、ALD等等)兩者是不可知的。

根據一些實施例，一種在設備中制造電化學元件的方法可包含：提供電化學元件基板；在此基板之上沉積元件層；原位施加電磁輻射至元件層以實現元件層的表面重構、再結晶及致密化中的一或更多者；重復此沉積和此施加直至達成所需元件層厚度為止。

根據一些實施例，一種用于制造電化學元件的設備可包含：第一系統，用于在基板之上沉積元件層；第二系統，用于施加電磁輻射至元件層以實現元件層的表面重構、再結晶及致密化中的一或更多者；用于重復此沉積的第三系統及用于重復此施加的第四系統。

根據一些實施例，一種薄膜電池可包含：基板；集電器，在此基板上；陰極層，在此集電器上；電解質層，在此陰極層上；及鋰陽極層，在此電解質層上；其中LLZO電解質層具有結晶相，沒有歸因于LLZO電解質層中的裂縫的短路，且在電解質層與陰極層之間的介面處無高電阻夾層。

附圖說明

在結合附圖查看特定實施例的以下描述之后，本公開內容的這些及其他態樣及特征將對本領域技術人員變得顯而易見，其中：

圖1為根據一些實施例的TFB元件的第一實例的橫截面示圖；

圖2為根據一些實施例的TFB元件的第二實例的橫截面示圖；

圖3為根據一些實施例的沿線(in-line)處理系統的自上而下的平面示意圖；

圖4為根據一些實施例的電化學元件層的激光輔助沉積的第一工藝流程；

圖5為根據一些實施例的電化學元件層的激光輔助沉積的第二工藝流程；

圖6為根據一些實施例的可用于圖3的沿線處理系統的濺射沉積工具的實例的示意圖；

圖7為根據一些實施例的可用于圖3的沿線處理系統的第一激光處理工具的實例的示意圖；

圖8為根據一些實施例的可用于圖3的沿線處理系統的第二激光處理工具的實例的示意圖；以及

圖9為根據一些實施例的可用于圖3的沿線處理系統的第三激光處理工具的實例的示意圖。

具體實施方式

現將參看附圖來詳細描述本公開內容的實施例，附圖作為本公開內容的說明性實例提供以便本領域技術人員能夠實踐本公開內容。本文提供的附圖包括并未按比例繪制的元件及元件工藝流程的圖示。顯而易見地，下文的附圖及實例并不意味將本公開內容的范圍限于單個實施例，而是經由互換所述或所示要素中的一些或所有要素，其他實施例亦是可能的。此外，在本公開內容的某些要素可部分或完全地使用已知元件實施的情況下，僅將描述對于理解本公開內容所必需的已知要素的那些部分，且將省略已知元件的其他部分的詳細描述以免使本公開內容模糊不清。在本公開內容中，展示單個元件的實施例不應視為限制；取而代之地，本公開內容意欲涵蓋包括復數個相同元件的其他實施例，且反之亦然，除非本文中另外明確地說明。此外，本公開內容中的任何術語不意欲歸于罕見或專門意義，除非明確地闡明如此。進一步，本公開內容涵蓋經由說明在本文中引用的已知元件的已知等同物和未來獲知的等同物。