專利名稱：用于形成電化學(xué)電池或電容器的立體納米結(jié)構(gòu)電極的設(shè)備及方法
用于形成電化學(xué)電池或電容器的立體納米結(jié)構(gòu)電極的設(shè)備
及方法發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的實(shí)施例大體上是關(guān)于形成電化學(xué)電池或電容器的設(shè)備和方法。特別地， 本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于形成具立體(3D)納米結(jié)構(gòu)電極的電化學(xué)電池或電容器的設(shè)備和方法。相關(guān)技術(shù)的描述電能一般以兩種根本上不同的方式儲(chǔ)存(1)以電勢(shì)能間接儲(chǔ)存于電池中而作為需氧化及還原活性物種的化學(xué)能、或( 直接利用形成于電容器極板上的靜電電荷。一般來說，普通的電容器因其尺寸而儲(chǔ)存少量電荷，以致僅儲(chǔ)存少量電能。儲(chǔ)存于傳統(tǒng)電容器的能量通常為非法拉第(non-Faradic)，意指電極界面各處未發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，且電荷儲(chǔ)存和能量是靜電型態(tài)。為盡力形成有效的電能儲(chǔ)存裝置以儲(chǔ)存足夠電荷而做為用于可攜式電子設(shè)備和電動(dòng)車的寬光譜的個(gè)別功率源或補(bǔ)充功率源，已制造被稱為電化學(xué)電容器的裝置。電化學(xué)電容器為能量儲(chǔ)存裝置，其結(jié)合電池的一些高能儲(chǔ)存潛力和電容器的高能遷移率與高放電能力方面。本領(lǐng)域有時(shí)把“電化學(xué)電容器”稱為超級(jí)電容器(super-capacitor)、電雙層電容器或超高電容量電容器(ultra-capacitor)。電化學(xué)電容器的能量密度比傳統(tǒng)電容器高數(shù)百倍且功率密度比電池高數(shù)千倍。應(yīng)注意儲(chǔ)存于電化學(xué)電容器的能量可同時(shí)為法拉第或非法拉第。在法拉第電化學(xué)電容器與非法拉第電化學(xué)電容器中，電容與電極和電極材料的特性息息相關(guān)。理想地，電極材料應(yīng)具導(dǎo)電性且有大表面積。通常，電極材料由多孔結(jié)構(gòu)組成，以形成大表面積而用于生成靜電荷儲(chǔ)存器的電雙層而提供非法拉第電容或用于可逆化學(xué)氧化還原反應(yīng)位置來提供法拉第電容。電化學(xué)電池為將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。電化學(xué)電池一般由電池組組成，該電池組經(jīng)連接而當(dāng)作直流源。一般來說，電池由兩種不同物質(zhì)(正電極與負(fù)電極)和第三物質(zhì)(電解質(zhì))組成。 正、負(fù)電極傳導(dǎo)電力。電解質(zhì)在電極上產(chǎn)生化學(xué)作用。二電極由外部電路連接，例如銅線。電解質(zhì)當(dāng)作離子導(dǎo)體，用以在電極之間傳輸電子。電壓或電動(dòng)勢(shì)取決于所采用物質(zhì)的化學(xué)屬性，但不受電極尺寸或電解質(zhì)用量影響。電化學(xué)電池分為干電池或濕電池。在干電池中，電解質(zhì)被多孔媒介吸收、或被限制流動(dòng)。在濕電池中，電解質(zhì)為液體形式且可自由流動(dòng)及移動(dòng)。電池一般還可分成兩種主要類型可充電、不可充電或拋棄式。拋棄式電池亦稱為一次電池，其可使用到產(chǎn)生電流供應(yīng)的化學(xué)變化完全反應(yīng)為止，此時(shí)即丟棄電池。拋棄式電池最常用于只間歇使用或遠(yuǎn)離替代功率源或具低耗電量的
5小型可攜式裝置?？沙潆婋姵匾喾Q為二次電池，其在放電后可重復(fù)使用。此達(dá)成方式為施加外部電流，造成使用中的化學(xué)變化發(fā)生逆反應(yīng)。供應(yīng)適當(dāng)電流的外部裝置稱為充電器或再充電器?？沙潆婋姵赜袝r(shí)稱為儲(chǔ)存電池。儲(chǔ)存電池一般屬于使用液態(tài)電解質(zhì)的濕電池類型且可充電多次。儲(chǔ)存電池由數(shù)個(gè)串聯(lián)電池組成。每一電池含有一些被液態(tài)電解質(zhì)隔開的交替正極板與負(fù)極板。電池的正極板相連構(gòu)成正電極，負(fù)極板構(gòu)成負(fù)電極。在充電過程中，各電池依其放電操作而逆向操作。充電時(shí)，電流被迫以與放電時(shí)相反的方向通過電池，因而造成通常在放電期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)逆向進(jìn)行。充電期間，電能轉(zhuǎn)換成儲(chǔ)存化學(xué)能。儲(chǔ)存電池的最大用途在于汽車，其中該儲(chǔ)存電池用于啟動(dòng)內(nèi)燃引擎。電池技術(shù)的改良已可產(chǎn)生以電池系統(tǒng)供應(yīng)電動(dòng)馬達(dá)功率的車輛。為使電化學(xué)電池或電容器變成更可行的產(chǎn)品，降低制造電化學(xué)電池或電容器的成本及改善形成的電化學(xué)電池或電容器裝置的效率是很重要的。因此，需要用于形成電化學(xué)電池或電容器的電極的方法和設(shè)備，該電極具備延長的使用壽命、改善的沉積膜性質(zhì)和降低的生產(chǎn)成本。
發(fā)明概要所述實(shí)施例大體上是關(guān)于電化學(xué)電池和電容器的電極結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)制造可靠又劃算的電化學(xué)電池和電容器的電極結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，該電極結(jié)構(gòu)具備延長的使用壽命、較低的生產(chǎn)成本和改善的工藝性能。本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種在大面積基板上電鍍金屬的設(shè)備，其包含界定處理體積的腔室主體，其中處理體積經(jīng)配置以在其中含有電鍍?cè)∏仪皇抑黧w具有上開口、多個(gè)噴射噴霧器，該多個(gè)噴射噴霧器經(jīng)配置以分配電鍍液而于處理體積內(nèi)形成電鍍?cè)?，其中多個(gè)噴射噴霧器開通至腔室主體的側(cè)壁、排放系統(tǒng)經(jīng)配置以從處理體積排出電鍍?cè)?、設(shè)置于處理體積中的陽極組件，其中該陽極組件包含以實(shí)質(zhì)垂直位置顯露(emerge)于電鍍?cè)〉年枠O、以及設(shè)置于處理體積中的陰極組件，該陰極組件包含基板處置器，該基板處置器經(jīng)配置以定位一或多個(gè)大面積基板呈實(shí)質(zhì)垂直位置且實(shí)質(zhì)平行處理體積的陽極、以及接觸機(jī)構(gòu)， 該接觸接構(gòu)經(jīng)配置以耦接電偏壓至一或多個(gè)大面積基板。本發(fā)明的另一實(shí)施例提出一種基板處理系統(tǒng)，其包含預(yù)濕腔室，該預(yù)濕腔室經(jīng)配置以清潔大面積基板的晶種層；第一電鍍腔室，該第一電鍍腔室經(jīng)配置以在大面積基板的晶種層上形成第一金屬圓柱層；第二電鍍腔室，該第二電鍍腔室經(jīng)配置以在圓柱層上方形成多孔層；潤洗-干燥腔室，該潤洗-干燥腔室經(jīng)配置以清潔及干燥大面積基板；以及基板傳送機(jī)構(gòu)，該基板傳送機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以于腔室間傳送大面積基板，其中第一和第二電鍍腔室各包含界定處理體積的腔室主體，其中處理體積經(jīng)配置以在其中容納電鍍?cè)∏仪皇抑黧w具有上開口、排放系統(tǒng)，該排放系統(tǒng)經(jīng)配置以從處理體積排出電鍍?cè)?、設(shè)于處理體積中的陽極組件，其中陽極組件包含顯露于電鍍?cè)〉年枠O、以及設(shè)于處理體積的陰極組件，該陰極組件包含基板處置器，該基板處置器經(jīng)配置以定位一或多個(gè)大面積基板實(shí)質(zhì)平行處理體積的陽極、以及接觸機(jī)構(gòu)，該接觸機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以耦接電偏壓至一或多個(gè)大面積基板。附圖
簡單說明
為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例說明，部分實(shí)施例在附圖中示出。須注意的是，雖然附圖揭露本發(fā)明特定實(shí)施例，但其并非用以限定本發(fā)明的精神與范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾而得等效實(shí)施例。圖IA為電化學(xué)電容器單元的有源區(qū)的簡化示意圖。圖IB為鋰離子電池的簡化示意圖。圖2為根據(jù)本文所述實(shí)施例的形成電極的方法流程圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的陽極的截面圖。圖4為根據(jù)本文所述實(shí)施例的形成多孔電極的方法流程圖。圖5A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電鍍腔室的截面?zhèn)纫晥D。圖5B為圖5A的電鍍腔室處于基板傳送位置的截面?zhèn)纫晥D。圖5C繪示使用圖5A的一或多個(gè)電鍍腔室的電鍍系統(tǒng)。圖6A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電鍍腔室的截面?zhèn)纫晥D。圖6B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電鍍腔室的截面?zhèn)纫晥D。圖6C繪示使用圖6A的一或多個(gè)電鍍腔室的電鍍系統(tǒng)。圖7A為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電鍍腔室的透視圖。圖7B為圖7A電鍍腔室處于電鍍位置的截面?zhèn)纫晥D。圖7C為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基板固持件的示意圖。圖8A-8B繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的處理系統(tǒng)。為助于理解，各圖中相同的元件符號(hào)盡可能代表相似的元件。應(yīng)理解某一實(shí)施例的元件及/或處理步驟當(dāng)可并入其它實(shí)施例，在此不另外詳述。具體描述本文所述實(shí)施例大體上是關(guān)于電極結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)電化學(xué)電池或電容器、制造可靠又劃算的電化學(xué)電池或電容器的電極結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，其具備延長的使用壽命、較低的生產(chǎn)成本和改善的工藝性能。一實(shí)施例提出一種基板電鍍系統(tǒng)，其包含第一電鍍腔室， 該第一電鍍腔室經(jīng)配置以在基板的晶種層上形成圓柱結(jié)構(gòu)；以及第二電鍍腔室，該第二電鍍腔室經(jīng)配置以在圓柱結(jié)構(gòu)上形成多孔層。一實(shí)施例提出一種電鍍腔室，該電鍍腔室經(jīng)配置以電鍍一或多個(gè)大面積基板。在一實(shí)施例中，電鍍腔室包含進(jìn)給輥、底輥和卷取輥，其經(jīng)配置以定位形成于處理體積的連續(xù)彈性基底的大面積基板、及傳送大面積基板進(jìn)出處理體積。在另一實(shí)施例中，電鍍腔室包含基板固持件，其可動(dòng)地設(shè)置于處理體積中且經(jīng)配置以支托一或多個(gè)大面積基板、及傳送一或多個(gè)大面積基板進(jìn)出處理體積。為盡力達(dá)到高電鍍速率及達(dá)成預(yù)定電鍍膜性質(zhì)，期望藉由縮減擴(kuò)散邊界層或提高電鍍?cè)≈械慕饘匐x子濃度，以提高陰極附近(如晶種層表面)的金屬離子濃度。應(yīng)注意擴(kuò)散邊界層與流體動(dòng)力邊界層息息相關(guān)。若在預(yù)定電鍍速率下的金屬離子濃度太低及/或擴(kuò)散邊界層太大，將會(huì)達(dá)到限制電流(ij。達(dá)到限制電流引發(fā)的擴(kuò)散限制電鍍工藝可施加更大功率(如電壓)至陰極(如金屬化基板表面)而避免電鍍速率提高。當(dāng)限制電流達(dá)低密度時(shí)，將因氣體釋出而制造圓柱膜，并因質(zhì)傳限制工藝(mass transport limited process) 而造成樹枝狀型膜生長。圖IA為電化學(xué)電容器單元100的有源區(qū)140的簡化示意圖，其可由功率源160提供動(dòng)力。電化學(xué)電容器單元100可具任何形狀(如圓形、方形、矩形、多角形)和尺寸。有源區(qū)140 —般含有隔膜110、依據(jù)本文所述實(shí)施例形成的多孔電極120、電荷集流板150、和電解質(zhì)130，該電解質(zhì)130接觸多孔電極120、電荷集流板150與隔膜110。導(dǎo)電電荷集流板 150把多孔電極120和隔膜110夾在中間。電荷集流板150間的電解質(zhì)130通常做為電化學(xué)電容器單元100的電荷貯槽。電解質(zhì)130可為固體或流體材料，其具有預(yù)定電阻和使形成裝置達(dá)預(yù)定充電或放電性質(zhì)的性質(zhì)。若電解質(zhì)為流體，則電解質(zhì)進(jìn)入電解質(zhì)材料的孔隙并提供用于電荷儲(chǔ)存的離子電荷載體。流體電解質(zhì)需要隔膜110為不導(dǎo)電，以免在任一電荷集流板150上收集的電荷短路。隔膜110 —般具有可滲透性，以容許離子在電極之間流動(dòng)且為流體可滲透。非導(dǎo)電性可滲透隔離材料的實(shí)例為多孔親水性聚乙烯、聚丙烯、玻璃纖維墊和多孔玻璃紙。隔膜110由離子交換樹脂材料、聚合材料或多孔無機(jī)載體(inorganic support)組成。例如， 三層聚烯烴、具有陶瓷顆粒的三層聚烯烴、離子全氟磺酸聚合物隔膜，例如取自Ε. I. DuPont de Nemeours & Co.的Nafion 。其它適合的隔膜材料包括Gore klect 、磺化碳氟聚合物、 聚苯并咪唑(PBI)隔膜(取自美國德州達(dá)拉斯的Celanese Chemicals)、聚醚醚酮(PEEK) 隔膜和其它材料。多孔電極120 —般含有導(dǎo)電材料，其具大表面積和預(yù)定孔洞分布，以容許電解質(zhì) 130滲透結(jié)構(gòu)。多孔電極120 —般需有大表面積，以提供形成雙層及/或讓固體多孔電極材料與電解質(zhì)組成反應(yīng)的區(qū)域，例如擬電容型電容器。多孔電極120可由各種金屬、塑料、玻璃材料、石墨或其它適合材料組成。在一實(shí)施例中，多孔電極120由任何導(dǎo)電材料組成，例如金屬、塑料、石墨、聚合物、含碳聚合物、復(fù)合物或其它適合材料。更特別地，多孔電極120 可包含銅、鋁、鋅、鎳、鈷、鈀、鉬、錫、釕、不銹鋼、鈦、鋰、其合金、和其組合物。本文所述實(shí)施例一般包含各種通過電極材料的三維(3D)生長來增加電極表面積的設(shè)備和方法。有益地，多孔立體電極所增加的表面積能提高電容并可利用高導(dǎo)電性立體納米材料而改善循環(huán)、快速充電且具有高能量和功率密度。在一實(shí)施例中，電極材料的三維生長是在大于限制電流(ij的電流密度下進(jìn)行高電鍍速率電鍍工藝而實(shí)行。在一實(shí)施例中，藉由擴(kuò)散限制沉積工藝并以第一電流密度形成圓柱金屬層，然后以大于第一電流密度的第二電流密度進(jìn)行電極材料的三維生長。所形成的電極結(jié)構(gòu)具備延長的使用壽命、較低的生產(chǎn)成本和改善的工藝性能。圖2B為鋰離子電池單元(battery cell) 158的簡化示意圖。鋰離子電池為一種電化學(xué)電池。使用時(shí)，多個(gè)鋰離子電池單元150可組裝在一起。鋰離子電池單元150包含陽極151、陰極152、隔離膜153、和接觸陽極151、陰極152、隔離膜153的電解質(zhì)154，且電解質(zhì)巧4配置在陽極151與陰極152之間。陽極151和陰極152均包含讓鋰遷移進(jìn)出的材料。鋰進(jìn)入陽極151或陰極 152的過程稱為插入或嵌入。鋰移出陽極151或陰極152的相反過程稱為萃取或嵌出 (deintercalation)。當(dāng)鋰離子電池單元150放電時(shí)，鋰從陽極151萃取出并插入陰極152。 鋰離子電池單元150充電時(shí)，鋰從陰極152萃取出并插入陽極151。陽極151經(jīng)配置以儲(chǔ)存鋰離子155。陽極151可由含碳材料或金屬材料組成。陽極151包含氧化物、磷酸鹽、氟磷酸鹽或硅酸鹽。陰極152可由層狀氧化物組成，例如鋰鈷氧化物、聚陰離子(如磷酸鋰鐵)、尖晶石(如鋰錳氧化物)或二硫化鈦(TiS2)。示例性氧化物可為層狀鋰鈷氧化物或混合金屬氧化物，例如LiNixCcv2xMnO2、LiMn204。陽極151期有大表面積。示例性磷酸鹽為鐵橄欖型 (LiFePO4)和其變體(如 LiFel-xMgP04)、LiMoPO4, LiCoPO4, Li3V2 (PO4) 3、LiVOPO4, LiMP2O7 或 LiFe1.5P207。示例性氟磷酸鹽可為 LiVP04F、LiAlP04F、Li5V (PO4) 2F2、Li5Cr (PO4)2F2^Li2CoPO4F, Li2NiPO4F 或 Nei5V2 (PO4) 2F3。示例性硅酸鹽為 Li2FeSi04、Li2MnSiO4 或 Li2V0Si04。隔離膜153經(jīng)配置以供應(yīng)離子溝道(channel)而用于陽極151與陰極152間的移動(dòng)，同時(shí)保持陽極151與陰極152完全隔離以免短路。隔離膜153可為固體聚合物，例如聚環(huán)氧乙烷(PEO)。電解質(zhì)154 —般為鋰鹽溶液，例如溶于有機(jī)溶劑的LiPF6、LiBF4或LiC104。鋰離子電池單元150放電時(shí)，鋰離子155從陽極151移動(dòng)到陰極152而提供電流來啟動(dòng)連接陽極151和陰極152的負(fù)載156。鋰離子電池單元158耗盡能量時(shí)，充電器157 可連接陽極151和陰極152而提供電流來驅(qū)使鋰離子155移向陽極151。由于鋰離子電池單元150儲(chǔ)存的能量大小取決于陽極151儲(chǔ)存的鋰離子155含量，因此期望陽極151盡可能有大表面積。本發(fā)明的下述實(shí)施例提出用于制造表面積增加的電極的方法和設(shè)備。圖2為根據(jù)本文所述實(shí)施例的工藝200的流程圖，其用以形成根據(jù)本文所述實(shí)施例的電極。圖3為根據(jù)本文所述實(shí)施例形成的陽極的截面圖。工藝200包括處理步驟 202-212，其中電極形成在基板220上。工藝200可根據(jù)本文所述實(shí)施例的系統(tǒng)來實(shí)行。第一處理步驟202包括提供基板220?；?20包含選自由銅、鋁、鎳、鋅、錫、彈性材料、不銹鋼和其組合物組成群組的材料。彈性基板可由聚合材料構(gòu)成，例如聚酰亞胺 (如DuPont公司制造的ΚΑΡΤ0Ν )、聚乙烯對(duì)苯二甲酯(PET)、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚硅氧(silicone)、環(huán)氧樹脂、聚硅氧官能化環(huán)氧樹脂、聚酯(如Ε· I. DuPont de Nemeours & Co.制造的MYLAR )、Kanegaftigi化學(xué)工業(yè)公司制造的APICAL AV、UBE工業(yè)有限公司制造的UPILEX、Sumitomo制造的聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(如通用電子公司制造的ULTEM)、和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)。在一些例子中，基板由金屬箔構(gòu)成，例如其上具絕緣涂層的不銹鋼?；蛘?，彈性基板可由相當(dāng)薄的玻璃構(gòu)成，該玻璃以聚合涂層強(qiáng)化。第二處理步驟204包括在基板上方選擇性沉積阻擋層。阻擋層222可沉積來避免或抑制后續(xù)沉積在阻擋層上的材料擴(kuò)散進(jìn)入底下基板。阻擋層材料實(shí)例包括耐火金屬和耐火金屬氮化物，例如鉭(Ta)、氮化鉭(TaNx)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiNx)、鎢(W)、氮化鎢(WNx) 和其組合物。其它阻擋層材料實(shí)例包括填充氮的物理氣相沉積(PVD)鈦、摻雜硅、鋁、氧化鋁、氮化鈦硅、氮化鎢硅和其組合物。示例性阻擋層和阻擋層沉積技術(shù)進(jìn)一步描述于美國專利申請(qǐng)案公開號(hào) 2003/0143837、發(fā)明名稱“Method of Depositing A Catalytic Seed Layer (沉積催化晶種層的方法)”、公元2002年1月觀日申請(qǐng)的申請(qǐng)案，其一并引用于此而不與本文所述實(shí)施例相悖。阻擋層可以化學(xué)氣相沉積(CVD)、PVD、無電沉積技術(shù)、蒸鍍或分子束外延沉積而得。阻擋層亦可為個(gè)別或依序以相同或結(jié)合技術(shù)沉積的多層膜。第三處理步驟206包括在基板220上方選擇性沉積晶種層224。晶種層2M包含導(dǎo)電金屬，其協(xié)助后續(xù)材料沉積于上。晶種層2M較佳包含銅晶種層或其合金。其它金屬，尤其是貴金屬，也可當(dāng)作晶種層。可利用本領(lǐng)域熟知的技術(shù)來在阻擋層上方沉積晶種層224， 包括物理氣相沉積技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)、蒸鍍和無電沉積技術(shù)。第四處理步驟208包括在晶種層2M上方形成圓柱金屬層226。圓柱金屬層226的形成包括建立工藝條件，在此條件下，氫氣釋出而形成多孔金屬膜。圓柱金屬層2 的形成一般發(fā)生在使用適合電鍍液的電鍍腔室。適合用于本文所述工藝來電鍍銅的電鍍液包括至少一銅源化合物、至少一酸底(acid based)電解質(zhì)及選擇性包括添加劑。電鍍液含有經(jīng)多種配位體的至少其一絡(luò)合或螯合的至少一種銅源化合物。相較于配位體(如水)限制非常微弱的自由銅離子(若有)，絡(luò)合銅包括以銅原子為核心且被強(qiáng)力限制銅的配位體、官能基、分子或離子包圍。絡(luò)合銅源可在加到電鍍液前螯合而得(如檸檬酸銅)、或結(jié)合自由銅離子源(如硫酸銅)和絡(luò)合劑(如檸檬酸或檸檬酸鈉)而原位形成。 在與配位體絡(luò)合之前、期間或之后，銅原子可呈任何氧化態(tài)，例如0、1或2。因此，全文提及使用銅或元素符號(hào)Cu包括使用金屬銅(Cu°)、二價(jià)銅(Cu+1)或一價(jià)銅(Cu+2)，除非本文另行指明。適合的銅源化合物實(shí)例包括硫酸銅、磷酸銅、硝酸銅、檸檬酸銅、酒石酸銅、草酸銅、乙二胺四乙酸(EDTA)銅、乙酸銅、焦磷酸銅和其組合物，較佳為硫酸銅及/或檸檬酸銅。 特殊的銅源化合物具有配位品種。例如，檸檬酸銅可包括至少一個(gè)二價(jià)銅、一價(jià)銅或其組合物、和至少一個(gè)檸檬酸配位體，且包括 Cu (C6H7O7)、Cu2 (C6H4O7)、Cu3 (C6H5O7)或 Cu (C6H7O7) 2。 在另一實(shí)例中，EDTA銅可包括至少一個(gè)二價(jià)銅、一價(jià)銅或其組合物、和至少一個(gè)EDTA配位體，且包括 Cu (C10H15O8N2)、Cu2 (C10H14O8N2)、Cu3 (C10H13O8N2)、Cu4 (C10H12O8N2)、Cu (C10H14O8N2)或 Cu2(C10H12O8N2)。電鍍液可包括一或多種銅源化合物或絡(luò)合金屬化合物，其濃度范圍為約 0. 02M至約0. 8M，較佳約0. IM至約0. 5M。例如，可使用約0. 25M的硫酸銅做為銅源化合物。適合的錫源實(shí)例為可溶的錫化合物。可溶的錫化合物可為四價(jià)錫或二價(jià)錫鹽。四價(jià)錫或二價(jià)錫鹽可為硫酸鹽、烷烴磺酸鹽或烷醇磺酸鹽。例如，浴可溶(bath soluble)錫化合物可為一或多種依下列化學(xué)式表示的烷烴磺酸亞錫(RSO3) 2 Sn其中R為包括1-12個(gè)碳原子的烷基。烷烴磺酸亞錫可為依下列化學(xué)式表示的甲基磺酸亞錫
權(quán)利要求
1.一種用于在大面積基板上電鍍金屬的設(shè)備，該設(shè)備包含腔室主體，其界定處理體積，其中該處理體積經(jīng)配置以在其中容納電鍍?cè)∏以撉皇抑黧w具有上開口；多個(gè)噴射噴霧器，其經(jīng)配置以分配電鍍液而在該處理體積內(nèi)形成該電鍍?cè)?，其中該多個(gè)噴射噴霧器開通至該腔室主體的側(cè)壁；排放系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從該處理體積排出該電鍍?cè)?；陽極組件，其經(jīng)設(shè)置于該處理體積中，其中該陽極組件包含陽極，該陽極以實(shí)質(zhì)垂直位置顯露于該電鍍?cè)?；以及陰極組件，其經(jīng)設(shè)置于該處理體積中，且該陰極組件包含基板處置器，其經(jīng)配置以實(shí)質(zhì)平行該處理體積中的該陽極來定位一或多個(gè)大面積基板；以及接觸機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以將電偏壓耦接至該一或多個(gè)大面積基板。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該陰極組件經(jīng)配置以下降至該處理體積內(nèi)而將該一或多個(gè)大面積基板顯露于該電鍍?cè)?，且該陰極組件被抬離該處理體積而從該電鍍?cè)∪』卦撘换蚨鄠€(gè)大面積基板。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中該接觸機(jī)構(gòu)包含遮板，其抵靠該一或多個(gè)大面積基板的電鍍表面而定位，其中該遮板經(jīng)配置以露出該一或多個(gè)大面積基板的一部分而進(jìn)行電鍍，其中該遮板包含介電板主體，其具有多個(gè)穿孔，該多個(gè)穿孔經(jīng)配置以界定多個(gè)待電鍍區(qū)域；以及多個(gè)電觸點(diǎn)，其埋置于該介電板主體中，其中該多個(gè)電觸點(diǎn)電氣連接功率源，以及該多個(gè)電觸點(diǎn)經(jīng)配置以接觸該一或多個(gè)大面積基板的表面且不暴露于該電鍍?cè)　?br> 4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該基板處置器更包含推力板，其經(jīng)配置以擠壓該一或多個(gè)大面積基板抵靠該遮板，其中該遮板和該推力板是定位在該一或多個(gè)大面積基板的相對(duì)側(cè)邊上。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該陰極組件更包含進(jìn)給輥，其設(shè)置于該處理體積外且經(jīng)配置以容納一部分的彈性基底，其中該一或多個(gè)大面積基板形成在該彈性基底上；底輥，其設(shè)置在該處理體積的底部部分附近且經(jīng)配置以容納一部分的該彈性基底；以及卷取輥，其設(shè)置于該處理體積外且經(jīng)配置以容納一部分的該彈性基底， 其中該進(jìn)給輥、該底輥和該卷取輥經(jīng)配置以傳送該一或多個(gè)大面積基板進(jìn)出該處理體積，并藉由搬運(yùn)該彈性基底而于該處理體積中支托該一或多個(gè)大面積基板。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，更包含推力板，其可動(dòng)地設(shè)置于該處理體積中，其中該推力板經(jīng)配置以推抵一部分的該彈性基底；以及遮板，其抵靠該一或多個(gè)大面積基板的電鍍表面來定位，其中該遮板經(jīng)配置以露出該一或多個(gè)大面積基板的一部分而進(jìn)行電鍍，該遮板包含介電板主體，其具有多個(gè)穿孔，該多個(gè)穿孔經(jīng)配置以界定多個(gè)待電鍍區(qū)域；以及多個(gè)電觸點(diǎn)，其埋置于該介電板主體中，其中該多個(gè)電觸點(diǎn)電氣連接功率源，以及該多個(gè)電觸點(diǎn)經(jīng)配置以接觸該一或多個(gè)大面積基板的表面且不暴露該電鍍?cè)　?br> 7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，更包含功率源，其在該陽極與形成在該一或多個(gè)大面積基板的該表面上的導(dǎo)電層之間連接， 其中該功率源直接或經(jīng)由該進(jìn)給輥來連接該導(dǎo)電層。
8.一種基板處理系統(tǒng)，其包含預(yù)濕腔室，其經(jīng)配置以清潔大面積基板的晶種層；第一電鍍腔室，其經(jīng)配置以在該大面積基板的該晶種層上形成第一金屬的圓柱層； 第二電鍍腔室，其經(jīng)配置以在該圓柱層上形成多孔層； 潤洗干燥腔室，其經(jīng)配置以清潔及干燥該大面積基板；以及基板傳送機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以在各腔室之間傳送該大面積基板， 其中該第一電鍍腔室和該第二電鍍腔室各包含腔室主體，其界定處理體積，其中該處理體積經(jīng)配置以在其中容納電鍍?cè)∏以撉皇抑黧w具有上開口；排放系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從該處理體積排出該電鍍?cè)?；陽極組件，其設(shè)置于該處理體積中，其中該陽極組件包含陽極，該陽極顯露于該電鍍?cè)。灰约瓣帢O組件，其設(shè)置于該處理體積中，且該陰極組件包含基板處置器，其經(jīng)配置以實(shí)質(zhì)平行該處理體積中的陽極來定位一或多個(gè)大面積基板；以及接觸機(jī)構(gòu)，其經(jīng)配置以將電偏壓耦接至該一或多個(gè)大面積基板。
9.如權(quán)利要求8所述的基板處理系統(tǒng)，其中該大面積基板形成在連續(xù)彈性基底上，且每一腔室包含進(jìn)給輥，其設(shè)置于該處理體積外且經(jīng)配置以容納一部分的該彈性基底； 底輥，其設(shè)置在該處理體積的底部部分附近且配置以容納一部分的該彈性基底；以及卷取輥，其設(shè)置于該處理體積外且經(jīng)配置以容納一部分的該彈性基底， 其中該基板傳送機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以啟動(dòng)該進(jìn)給輥和該卷取輥來移動(dòng)該彈性基底，進(jìn)而傳送該一或多個(gè)大面積基板進(jìn)出各腔室，并于各腔室的該處理體積中支托該一或多個(gè)大面積基板。
10.如權(quán)利要求9所述的基板處理系統(tǒng)，其中所述大面積基板在處理期間實(shí)質(zhì)垂直定位在各腔室中，且每一電鍍腔室更包含推力板，該推力板可動(dòng)地設(shè)置于該處理體積中，其中該推力板經(jīng)配置以推抵一部分的該彈性基底，使該一或多個(gè)大面積基板接近且實(shí)質(zhì)平行該陽極。
11.如權(quán)利要求10所述的基板處理系統(tǒng)，其中每一電鍍腔室更包含遮板，其抵靠該一或多個(gè)大面積基板的電鍍表面來定位，其中該遮板經(jīng)配置以露出該一或多個(gè)大面積基板的一部分而進(jìn)行電鍍。
12.如權(quán)利要求8所述的基板處理系統(tǒng)，其中該基板處置器包含基板框架，其經(jīng)配置以于該電鍍?cè)≈兄性撘换蚨鄠€(gè)大面積基板，且該基板處置器經(jīng)配置以在各腔室之間傳送。
13.如權(quán)利要求12所述的基板處理系統(tǒng)，其中該基板傳送機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以同時(shí)從各腔室抬起該基板框架、將該基板框架傳送越過所述腔室、及降低各基板框架至不同的腔室，以定位該一或多個(gè)基板供后續(xù)處理步驟處理。
14.如權(quán)利要求12所述的基板處理系統(tǒng)，其中每一電鍍腔室的該接觸機(jī)構(gòu)包含遮板， 其抵靠該一或多個(gè)大面積基板的電鍍表面而定位，其中該遮板經(jīng)配置以露出該一或多個(gè)大面積基板的一部分而進(jìn)行電鍍。
15.如權(quán)利要求12所述的基板處理系統(tǒng)，更包含潤洗腔室，其經(jīng)配置以在該第二電鍍腔室中形成該第一金屬的多孔層后潤洗該大面積基板，其中該多孔層包含大孔隙度、微孔隙度的至少一者；以及第三電鍍腔室，其經(jīng)配置以在該多孔層上電鍍第二金屬的一層。
全文摘要
本文所述實(shí)施例大體上是關(guān)于電化學(xué)電池或電容器的電極結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)制造可靠又具成本效益的電化學(xué)電池或電容器的立體(3D)電極納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，其中該立體(3D)電極納米結(jié)構(gòu)具備延長的使用壽命、較低的生產(chǎn)成本和改善的工藝性能。
文檔編號(hào)C23C2/14GK102224628SQ200980147106
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者瑟奇·洛帕汀, 羅伯特·Z·巴克拉克 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司