(57)【要約】ＳＯＦＣ（１０）は、ＰＥＭ形電池よりも高い電力密度、燃料の直接酸化及び／又は内部改質の可能性、並びに低いＳＯＦＣ作動温度をもたらす。ＳＯＦＣ（１０）は、薄膜電解質層（１２）を含む。電解質層（１２）の一方の面（１４）上に厚膜燃料極層（１８）が配置され、電解質層（１２）の反対側の面（１６）上に厚膜空気極層（２０）が配置される。ＳＯＦＣ（１０）を製造する方法は、誘電体あるいは半導体基材（３０）の一方の面（４０）にウェル（３８）を作製するステップ、ウェル（３８）表面に薄膜固体酸化物電解質層（１２）を付着させるステップ、電解質により被覆されているウェル（３８）内に厚膜電極層（１８）を付着させるステップ、基材（３０）の反対側（４２）に、電解質層（１２）と接触する対向ウェル（４４）を作製するステップ、及び対向ウェル（４４）内に厚膜対向電極層（２０）を適用するステップからなる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面（１４）及び第２の面（１６）を有している薄膜電解質層（１２）であって、前記第１の面（１４）が前記第２の面（１６）と相対している前記薄膜電解質層（１２）と、
前記第１の面（１４）上に配置されている厚膜燃料極層（１８）と、
前記第２の面（１６）上に配置されている厚膜空気極層（２０）と、
からなり、
前記燃料極層あるいは前記空気極層の少なくとも一方が、約３０μｍの厚さを有する固体酸化物形燃料電池（１０）。
【請求項２】
前記電解質層（１２）の厚さが、約１μｍ未満〜約２０μｍの範囲にある請求項１に記載の燃料電池（１０）。
【請求項３】
前記電解質層（１２）の厚さが、約１０μｍ未満である請求項１及び２に記載の燃料電池（１０）。
【請求項４】
前記電解質層（１２）が、イットリア安定化ジルコニア、サマリアドープドセリア、部分安定化ジルコニア、安定化三酸化二ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、及びランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物からなる群から選択されている材料からなる請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池（１０）。
【請求項５】
前記電解質層（１２）が、実質的にＴａ２Ｏ５から構成されている請求項４に記載の燃料電池（１０）。
【請求項６】
前記電解質層（１２）が、実質的にランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物からなる請求項４に記載の燃料電池（１０）。
【請求項７】
前記燃料極層（１８）が、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ−イットリア安定化ジルコニアサーメット、銅ドープドセリア、ガドリニウムドープドセリア、ストロンチウムドープドセリア、イットリアドープドセリア、銅−ＹＳＺサーメット、Ｃｏ−安定化ジルコニアサーメット、Ｒｕ−安定化ジルコニアサーメット、ＬＳＧＭ＋酸化ニッケル、及びこれらの混合物からなる群から選択されている材料からなる請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料電池（１０）。
【請求項８】
前記空気極層（２０）が、ペロブスカイト構造を有する材料からなる請求項１から７のいずれか１つに記載の燃料電池（１０）。
【請求項９】
前記空気極層（２０）が、ランタンストロンチウムマンガネート、ランタンストロンチウムフェライト、ランタンストロンチウムコバルタイト、ＬａＦｅＯ３／ＬａＣｏＯ３、ＹＭｎＯ３、ＣａＭｎＯ３、ＹＦｅＯ３、及びこれらの混合物からなる群から選択されている材料からなる請求項８に記載の燃料電池（１０）。
【請求項１０】
前記燃料極（１８）と前記電解質（１２）の間に配置されている第１の界面層（２２）と、
前記空気極（２０）と前記電解質（１２）の間に配置されている第２の界面層（２４）と、
をさらに包含する請求項１から９のいずれか１つに記載の燃料電池（１０）。
【請求項１１】
前記第１の界面層（２２）が、イットリアドープドセリア（ＹＤＣ）からなる請求項１０に記載の燃料電池（１０）。
【請求項１２】
誘電体あるいは半導体基材（３０）内にウェル（３８）を作製するステップであって、前記基材（３０）が第１の面（４０）及び第２の面（４２）を有し、前記第２の面（４２）が前記第１の面（４０）と相対しており、前記ウェル（３８）を前記第１の面（４０）内に画定するステップと、
前記ウェル（３８）の表面上に薄膜固体酸化物電解質層（１２）を付着させるステップと、
前記電解質により被覆されている前記ウェル内に電極層（１８）を適用するステップと、
前記第２の面（４２）内に対向ウェル（４４）を作製するステップであって、該対向ウェル（４４）を前記電解質層（１２）に接触させるステップと、
前記対向ウェル（４４）内に対向電極層（２０）を適用するステップと、
からなる固体酸化物燃料電池（１０）を製造する方法。
【請求項１３】
前記電解質層（１２）を付着させるステップが、スパッタ付着法及び化学蒸着法（ＣＶＤ）の少なくとも１つによって実施される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数の燃料電池（１０、１０'、１０''）を含む固体酸化物形燃料電池システムであって、該燃料電池の各々が、
第１の面（１４）及び第２の面（１６）を有する薄膜電解質層（１２）であって、前記第１の面（１４）が前記第２の面（１６）に相対している前記薄膜電解質層（１２）と、
前記第１の面（１４）上に配置されている厚膜燃料極層（１８）と、
前記第２の面（１６）上に配置されている厚膜空気極層（２０）と、
からなり、
前記燃料電池システムが、
基材（３０）内の前記複数の燃料電池（１０、１０'、１０''）の平板アレイ（３２）と、
複数の前記燃料極層（１８）の間の電気的な接続と、
複数の前記空気極層（２０）の間の電気的な接続と、
からなる固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１５】
前記複数の燃料電池（１０、１０'、１０''）が前記平板アレイ（３２）内で接続されており、前記平板アレイ（３２）が酸素源と接触するように構成された第１の面（３４）を有し、該第１の面（３４）が複数の空気極層（２０）をその内部に有しており、前記平板アレイ（３２）が、さらに、前記第１の面（３４）と相対する第２の面（３６）を有し、該第２の面（３６）が燃料と接触するように構成されており、前記第２の面（３６）が複数の燃料極層（１８）を有している請求項１から１１及び１４のいずれか１つに記載の燃料電池（１０）。
【請求項１６】
前記基材（３０）の前記第２の面（４２）上に絶縁誘電体（４６）を適用するステップをさらに包含する請求項１２及び１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記基材（３０）がシリコンであり、前記絶縁誘電体（４６）が、前記基材（３０）の前記第２の面（４２）上において成長する請求項１２、１３及び１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記電極層（１８）及び前記対向電極層（２０）を平坦化技術を用いて処理するステップをさらに包含する請求項１２、１３、１６及び１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記平坦化が、化学機械研磨（ＣＭＰ）及び機械研磨の少なくとも１つによって実施される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ウェル（３８）を作製するステップの前に、前記基材（３０）の前記第１の面（４０）に硬質マスク（４８）を適用するステップをさらに包含する請求項１２、１３及び請求項１６から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記ウェル（３８）を作製するステップ及び前記対向ウェル（４４）を作製するステップが、それぞれエッチングによって実施される請求項１２、１３及び請求項１６から２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
前記基材（３０）がシリコンであり、前記エッチングが、湿式異方性エッチング液、プラズマ異方性エッチング液、及びこれらの混合物からなる群から選択されているエッチング液を用いて実施され、それにより前記ウェル（３８）及び前記対向ウェル（４４）上にきわめて滑らかな面を形成する請求項１２、１３及び請求項１６から２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
前記湿式異方性エッチング液が、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウムとイソプロピルアルコールの混合物、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化セリウム、エチレンジアミンピロカテコール、及びこれらの混合物からなる群から選択されている請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記プラズマ異方性エッチング液が、Ｃ４Ｆ８と交互に用いられる六フッ化硫黄である請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記基材（３０）が、酸化ケイ素を含む誘電体基材（３０）であり、前記エッチングが、フッ化水素を含有する等方性エッチング液によって実施される請求項１２、１３及び請求項１６から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
前記基材（３０）が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、酸化ケイ素を含む誘電体基材、アルミナ、サファイヤ、セラミック、及びこれらの混合物からなる群から選択されている請求項１２、１３及び請求項１６から２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
前記ウェル（３８）及び前記対向ウェル（４４）の少なくとも１つが、前記厚膜電極層（１８、２０）を含むように構成されている請求項１２、１３及び請求項１６から２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
前記ウェル（３８）が厚膜電極（１８）を含み、前記対向ウェル（４４）が厚膜対向電極（２０）を含む請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、固体酸化物形燃料電池に関し、より詳細には、薄膜電解質と厚膜電極を有するそのような燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、マイクロパワー用途のＰＥＭ形燃料電池システムの開発に関する相当な研究及び産業活動が行われている。提案されている最も一般的なＰＥＭシステムは、燃料として水素及びメタノールのどちらかを使用する。水素は、燃料の取り扱い及び配給に課題を示す。メタノールは、直接メタノールＰＥＭ燃料電池において有望であるが、現在までのところ商業的実施への転化は実証されていない。さらに、メタノールは、例えばブタン、プロパン、ガソリン、及びディーゼル油などの他の炭化水素燃料と比較して比エネルギーが低い（約１／２）。既報のＰＥＭ電池からの電力密度は、めったに４００ｍＷ／ｃｍ２を超えない。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、１９００ｍＷ／ｃｍ２もの高い電力密度が報告されているだけでなく、内部改質の可能性を持つことが示されている。図１に、ＳＯＦＣの概略図を示しており、図中のＶ０ＯＯは酸素空孔を表す。酸素の還元反応（空気極で起こる）は、以下の通りである。
【０００４】
Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−
【０００５】
Ｏ２−イオンは、空気極から電解質を介して燃料極に移動する。いくつかの典型的な燃料の酸化反応（燃料極で起こる）は、以下の通りである。
【０００６】
２Ｈ２＋２Ｏ２−→２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−   （１）
【０００７】
２ＣＯ＋２Ｏ２−→２ＣＯ２＋４ｅ−  （２）
【０００８】
電子を解放する燃料極での酸化反応が、電子を消費する空気極での還元反応と組み合わさって、負荷に流れる有効な電圧と電流が生じる。
【０００９】
ＳＯＦＣの実用的な作動温度を８００℃〜１１００℃の範囲から約５００℃以下に下げる「薄膜」処理技術の応用が報告されている。
【００１０】
また、一般に、「薄い」電解質層は薄すぎてはならないと考えられてきており、回路短絡の可能性を回避するために、１０μｍ未満の厚さは推奨されてこなかった。何人かの研究者は、従来技術よりも優れているより良いコロイド付着技術を実現しようとしてきたが、コロイド付着を使用して単一工程の被覆で１０μｍよりも厚い薄膜を付着させる従来の試みは、これまで、乾燥後に薄膜のひび割れを引き起こしていた。
【００１１】
しかしながら、「薄い」薄膜のＳＯＦＣは、これまでに最も高い性能を実証したＳＯＦＣではない。一般に、より高性能／高電力密度のＳＯＦＣは、より高い温度で作動し、燃料極及び空気極の製造にサーメットと厚膜処理を使用する。そのような高性能ＳＯＦＣは、「薄い」薄膜電解質を使用するが、そのような「薄い」薄膜電解質は、一般に、約４０μｍ以上の厚さを有し、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）、テープキャスティング法、その他のセラミック処理技術によって製造される。
【００１２】
図２に、既知の薄膜ＳＯＦＣ１００を示す。ＳＯＦＣ１００は、窒化物層１０４、薄膜ニッケル燃料極１０６、薄膜電解質１０８、及び薄膜銀空気極１１０をその上に有する基材１０２からなる。
【００１３】
これまでの既知のいくつかのＳＯＦＣは、電解質支持（この場合、電解質層は、いくらかの構造的強度をもたらし、燃料極あるいは空気極のどちらかより厚いものであった）、空気極支持（この場合、空気極層は、いくらかの構造的強度をもたらし、燃料極あるいは電解質のどちらかより厚いものであった）、又は燃料極支持（この場合、燃料極層は、いくらかの構造的強度をもたらし、空気極あるいは電解質のどちらかより厚いものであった）のものであった。
【００１４】
製造は、一般に、ＳＯＦＣに固有の大きな課題の１つであると認識されてきた。これは、全ての構成要素（燃料極、空気極、電解質、インターコネクト材料など）が、化学的安定性と機械的コンプライアンス（例えば、熱膨脹率）に関して適合性がなければならないという事実に起因する。それらの層は又、高すぎる焼結温度の使用に起因する材料の劣化なしに適切に密着するように付着されなければならない。これらの要求によって、これまで、適切で、且つ費用対効果の大きい高性能ＳＯＦＣの製造は極めて困難なものであった。
【００１５】
Ｊａｎｋｏｗｓｋｉらによる米国特許第６、００７、６８３号は、薄膜固体酸化物形燃料電池の製造方法を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、以上の欠点を克服するＳＯＦＣ並びにＳＯＦＣの製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面が前記第２の面に相対している薄膜電解質層を包含する燃料電池、好ましくは固体酸化物形燃料電池を提供することによって、以上の問題に取り組み且つ解決し、後に列挙する目的及び利点、並びに列挙していないその他の目的及び利点を達成する。第１の面上に厚膜燃料極層が配置され、第２の面上に厚膜空気極層が配置される。
【００１８】
本発明の燃料電池の製造方法は、誘電体あるいは半導体基材の一方の側にウェルを作製するステップを包含する。該ウェルの表面に薄膜固体酸化物電解質層を付着させる。該電解質により被覆されたウェル内に、電極層を適用する。前記基材の反対側に対向ウェルを作製し、該対向ウェルを電解質層と接触させる。この方法は、さらに、前記対向ウェル内に対向電極層を適用するステップを包含する。
【００１９】
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の目的は、薄膜電解質を、厚膜アノード／燃料極と厚膜カソード／空気極の両方と組み合わせた固体酸化物形燃料電池を提供することであり、それにより、より低い作動温度及びより高い性能／電力密度が有利に達成される。本発明のさらに他の目的は、そのような固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供することであり、当該方法は、マイクロエレクトロニクス産業からの処理ステップを取り入れており、効率的で且つ費用対効果が大きい。さらに、本発明の目的は、そのような薄膜／厚膜固体酸化物形燃料電池の一体平板アレイを提供することであり、該平板アレイによって、燃料電池システムの作動電圧を調整するための単純化された方法がもたらされる。
【００２１】
本発明において、従来のＳＯＦＣと極めて対照的に、本発明のＳＯＦＣが、低い作動温度で高い性能（例えば、従来のＰＥＭ電池よりも高い電力密度や、おそらく従来の高性能ＳＯＦＣよりも高い電力密度）を示すことを予期せず偶然に発見した。ＳＯＦＣの構成要素としてより安価な材料を利用できるという点で、低い作動温度がきわめて望ましい。通例、作動温度が高くなるほど、ＳＯＦＣの構成材料が高価になる。しかしながら、慣例的に（前述のように）低い作動温度という利点を得るためには、高い性能を犠牲にしなければならなかった。
【００２２】
いかなる理論に拘束されることなく、本発明のＳＯＦＣは、薄膜電解質と厚膜電極材料の組み合せによって、より低い作動温度においても高い性能を首尾良く達成するものと考えられる。本発明の文脈内の「薄膜」は、一般に電子機器／半導体産業に関連した厚さ、すなわちスパッタ付着などの処理で達成可能な、例えば１μｍ未満〜２０μｍの厚さを含むように定義されることを理解されたい。そのような「薄い」薄膜ＳＯＦＣ電解質の厚さは、文献で知られているが、これまで商業的な実施への転化はされてこなかった。
【００２３】
従って、本発明のＳＯＦＣは、薄膜電解質がマイクロエレクトロニクス産業、例えば集積回路の製造において従来使用されてきた処理によって形成され、厚膜電極が従来のＳＯＦＣ製造技術によって形成されているという意味で「複合的」である。そのような従来のＳＯＦＣ処理のいくつかの例には、粉末成形プレスと焼結の組合せ、粉末押出し成形と焼結の組合せ、コロイド懸濁液スプレーあるいは浸漬コーティング、スクリーン印刷法、スラリー法、テープキャスティング法、テープカレンダ法、プラズマスプレーコーティング法、フレームスプレーコーティング法及びスプレー熱分解法、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）などがあるが、これらに限定されない。
【００２４】
これらの従来の厚膜ＳＯＦＣ製造技術が全て、本発明に使用するのに適しているわけではないことを理解されたい。好ましい実施形態においては、コロイド懸濁液スプレーあるいは浸漬コーティング、スクリーン印刷法、スラリ法、プラズマスプレーコーティング法、フレームスプレーコーティング法及びスプレー熱分解法、及び化学蒸着法（ＣＶＤ）を含むがこれらに限定されない処理によって、任意の所望の厚膜電極を適用することができる。
【００２５】
次に、図１３を参照すると、本発明の薄膜／厚膜複合固体酸化物形燃料電池が、概略的に１０として示されている。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）１０は、第１の面１４及び第２の面１６を有する薄膜電解質層１２を含み、第１の面１４は、第２の面１６と相対している。第１の面１４上に厚膜アノード層／燃料極１８が配置され、第２の面１６上に厚膜カソード層／空気極２０が配置されている。
【００２６】
薄膜電解質層１２は、以下のパラメータの範囲内で、特定の最終用途に望ましく且つ／又は適した任意の厚さを有することができることを理解されたい。電解質層１２は、理想的にはできるだけ薄くなければならず、さらに電気的に絶縁性で（イオンだけを通す）、気体を透過させず、電池１０の短絡を防ぐのに十分な絶縁強度を有し、表面形状の凹凸をカバーするのに十分な厚さを有し、それにより電池１０の回路短絡も防ぐ範囲の完全性が提供されなければならない。
【００２７】
好ましい実施形態において、電解質層１２の厚さは、約１μｍ未満〜約２０μｍの範囲とすることができる。さらに好ましい実施形態において、電解質層１２は、約１０μｍ未満の厚さを有することができる。さらに他の好ましい実施形態において、電解質層１２の厚さは、約２μｍ〜約５μｍの範囲とすることができる。
【００２８】
厚い燃料極１８及び空気極２０の各々は、本明細書で論ずるパラメータの範囲内で、特定の最終用途に望ましく且つ／又は適した任意の厚さを有することができることを理解されたい。対向電極を薄く維持しながら電極支持ＳＯＦＣを促進するいくつかの既知のＳＯＦＣ（前述のような）とは対照的に、本発明においては、燃料極１８と空気極２０の両方が厚く且つ多孔性である場合に有利であることが予期せずに発見された。
【００２９】
厚く且つ多孔性（通気孔）である電極の利点として、以下のような点があるが、これらに限定されない。電極が厚くなるほど、望ましい電極触媒反応のための表面積が大きくなる。このより大きい表面積は、大きい三相境界領域（反応物、電極触媒及び電解質が同時に接触する領域）を有利にもたらし、特に、内部改質（及び結果として起こる水素の発生）及び／又は燃料の直接酸化が行われるアノード／燃料極１８に望ましく、表面が大きくなるほど、燃料電池は、水素の発生速度によって過度に制限されることなく、有利に発電することができる。三相境界領域は、電極用に選択された材料が混合電子／イオン伝導体（ＭＥＩＣ）として機能する場合にはさらに大きくなる。さらに、多孔質厚膜電極１８、２０は、燃料と酸化剤が、稠密な薄膜電極の場合よりも効率よく電解質に達することができるので（少なくとも部分的には小さい輸送抵抗のために）、既知の稠密な薄膜電極よりも望ましいことがある。さらに、電極が厚いほど、電気的な寄生損失が小さくなる。
【００３０】
好ましい実施形態において、燃料極層及び空気極層はそれぞれ、約３０μｍよりも大きい厚さを有する。さらに好ましい実施形態において、燃料極層及び空気極層はそれぞれ、約３０μｍ〜約５００μｍの範囲の厚さを有する。図１３では、燃料極１８が空気極２０よりも厚いように示されているが、これは非限定的な例であることを理解されたい。本明細書において定義されているように両方の電極１８、２０が厚い（例えば、約３０μｍより厚い）場合に限られるが、燃料極１８と空気極２０が互いに厚さが等しい場合も、あるいはほぼ等しい場合も、燃料極１８が空気極２０より薄い場合も、本発明の範囲内にあると意図されている。
【００３１】
本発明のＳＯＦＣ１０は、約１９％〜約５５％の範囲の通気孔を有する燃料極層１８を含み、空気極層２０は、約１９％〜約５５％の範囲の通気孔を有する。より好ましい実施形態において、燃料極層１８の通気孔と空気極層２０の通気孔はそれぞれ、約２０％〜約２５％の範囲である。
【００３２】
燃料極及び／又は空気極に選択された材料（材料については、後でさらに詳しく説明する）に、任意の従来から知られている処理によって通気孔を設けることができる。そのような処理の非限定的な例は、デンプンなどの適切な再孔形成剤、適切なバインダーあるいはポリマー、セラミックペースト／スラリを形成するのに適した溶媒とを混合することである。次いで、２段階の加熱処理において、バインダーと溶剤が分離され、細孔形成剤が高温で酸化される。それから、１０００℃よりも高い温度で、一般に、材料を焼結し、セラミック及び／又は金属粒子の固相拡散並びに圧密化を起こす。これにより、通気孔を有する材料が提供される。当技術分野で周知のように、特定のパーセンテージの通気孔を与えるために、様々な処理条件を変化させることができる。
【００３３】
様々な層１２、１８、２０（並びに、後に論ずるインターコネクタ材料及び界面材料）に、多くの適切な材料を選択できることを理解されたい。好ましい実施形態において、電解質層１２は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（約８モル％〜約１０モル％のＹ２Ｏ３）、サマリアドープドセリア（ＳＤＣ、化学量論的組成物の１例はＣｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ１．９）、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、安定化三酸化二ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物（ＬＳＧＭ、化学量論的組成物の１例はＬａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８５Ｍｇ０．１５Ｏ２．８２５）からなる群から選択されている材料からなる。
【００３４】
さらに好ましい実施形態において、電解質層１２は、実質的にＴａ２Ｏ５、又はランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物（ＬＳＧＭ）から構成される。代替の好ましい実施形態において、電解質層１２は、実質的にＹＳＺ、又はＳＤＣから構成される。
【００３５】
好ましい実施形態において、燃料極層１８は、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ−イットリア安定化ジルコニアサーメット（Ｎｉ−ＹＳＺサーメット）、銅ドープドセリア、ガドリニウムドープドセリア、ストロンチウムドープドセリア、イットリアドープドセリア、Ｃｕ−ＹＳＺサーメット、Ｃｏ−安定化ジルコニアサーメット、Ｒｕ−安定化ジルコニアサーメット、ＬＳＧＭ＋酸化ニッケル、及びこれらの混合物からなる群から選択されている材料からなる。
【００３６】
好ましい実施形態において、空気極層２０は、銀などの材料、又はペロブスカイト構造を有する材料を含む。好ましい実施形態において、空気極層２０は、ランタンストロンチウムマンガネート（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムフェライト、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）、ＬａＦｅＯ３／ＬａＣｏＯ３、ＹＭｎＯ３、ＣａＭｎＯ３、ＹＦｅＯ３、及びこれらの混合物からなる群から選択されているペロブスカイト構造を有する材料からなる。ＬＳＣ及びＬＳＭは、より好ましい空気極材料であり、一方、Ａｇは適しているがそれほど好ましくはない。
【００３７】
空気極層２０及び／又は燃料極層１８は、混合電子／イオン伝導体（ＭＥＩＣ）として機能する材料から形成できることを理解されたい。
【００３８】
本発明の燃料電池１０は、さらに、燃料極１８と電解質１２の間にある第１の界面層２２と、空気極２０と電解質１２の間にある第２の界面層２４を包含することができる。界面層２２、２４は、混合電子／イオン伝導体（ＭＥＩＣ）として機能するだけでなく、望ましくは、緩衝及び／又は相互拡散障壁特性をもたらす任意の適切な材料から構成できることを理解されたい。好ましい実施形態において、第１の界面層２２はイットリアドープドセリア（ＹＤＣ、化学量論的組成物の１例は（Ｙ２Ｏ３）０．１５（ＣｅＯ２）０．８５）からなり、第２の界面層２４は、イットリア安定化三酸化二ビスマス（ＹＳＢ、Ｂｉ２Ｏ３）からなる。
【００３９】
層２２、２４の界面材料は、互換性を持たせることも、持たせないこともできることを理解されたい。例えば、イットリアドープドセリア（ＹＤＣ）は、燃料極／電解質界面と空気極／電解質界面の両方で緩衝剤として使用されていることが報告されている。
【００４０】
本発明のＳＯＦＣ１０は、さらに、燃料電池１０を電気負荷Ｌ及び／又は電気貯蔵装置（図示せず）に接続する材料２６、２６'を包含することができ、接続材料２６、２６'は、燃料極層１８及び空気極層２０の少なくとも一方の上に付着している。接続層２６、２６'は、燃料極１８及び／又は空気極２０の表面の一部分あるいは実質的に全てを覆うことができることを理解されたい。層２６、２６'は又、基材３０の一方の相対する面４０上の電解質層１２の一部分あるいは実質的に全てを覆うことができ、基材３０の他方の相対する面４２上の絶縁誘電体層４６の一部分あるいは実質的に全てを覆うことができる。しかしながら、層２６、２６'が、燃料極１８及び／又は空気極２０の面よりも外に広がる場合には、燃料電池１０を製造するプロセスは、２つ以上のマスクを必要とする場合があると考えられる（プロセスとマスク４８、５０については、後に詳しく考察する）。
【００４１】
電気負荷Ｌには、コンピュータ、携帯型電子機器（例えば、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯型電動工具など）、民生用及び軍事用両方の携帯用あるいはそうでない通信装置のうちのいずれか、又は全てが含まれるが、これらに限定されない多くの装置がある。電気貯蔵装置には、非限定的な例として、キャパシタ、バッテリ、及び電力調整装置のうちのいずれか又は全てが包含される。例示的ないくつかの電力調整装置には、無停電電源装置、ＤＣ／ＡＣ変換器、ＤＣ電圧変換器、電圧調整器、電流制限器などがある。本発明のＳＯＦＣ１０は又、例えば、運送業界では自動車に電力を供給するために、また設備業界では発電装置内で使用するために適していると考えられる。
【００４２】
接続材料２６、２６'は、任意の適切な材料を含むことができるが、好ましい実施形態においては、この接続材料は、その主成分として、銀、パラジウム、白金、金、チタン、タンタル、クロム、鉄、ニッケル、炭素及びこれらの混合物からなる群から選択されている材料から構成できることを理解されたい。
【００４３】
ＳＯＦＣ１０は、少なくとも２つの薄膜／厚膜複合固体酸化物形燃料電池１０（図１５に電池１０の平板アレイを示す）を相互接続するための材料２８、２８'をさらに含むことができ、該インターコネクタ材料２８、２８'は、燃料極層１８と空気極層２０の少なくとも一方の上に付着している。
【００４４】
インターコネクタ材料２８、２８'には、任意の適切な材料を用いることができる。しかしながら、好ましい実施形態においては、この材料２８、２８'は、ランタンクロマイト、ニッケル、銅、チタン、タンタル、クロム、鉄、炭素及びこれらの混合物からなる群から選択される。
【００４５】
接続層２６、２６'用の材料は、相互接続層２８、２８'用の材料と互換性を持たせても、持たせなくてもよいことを理解されたい。
【００４６】
接続材料２６、２６'及び／又はインターコネクタ材料２８、２８'として使用することができるいくつかの別の材料には、限定はしないが、Ｗ（タングステン）、ステンレス鋼（作動温度が十分に低い場合）、及び耐熱ニッケル合金が含まれ、例えば、そのようないくつかの合金は、ペンシルバニア州ウェックスフォードのインターナショナル ニッケル カンパニー社からの商品名ＩＮＣＯＮＥＬ  ６００及びＩＮＣＯＮＥＬ  ６０１、及びインディアナ州ココモのヘインズ インターナショナル インコーポレーテッド社からの商品名ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘ及びＨＡ−２３０として市販されている。
【００４７】
図１４は、図１３に示した燃料電池１０のやや概略的な平面図であり、燃料極接点パッド５６及び空気極接点パッド５８を示している。
【００４８】
本発明のＳＯＦＣ１０には、任意の適切な燃料／反応物を使用できることを理解されたい。好ましい実施形態において、燃料／反応物は、メタン、ブタン、プロパン、ペンタン、メタノール、エタノール、高次の直鎖あるいは混合炭化水素（好ましくは、低硫黄ガソリン、低硫黄ケロシン、低硫黄ディーゼル油などの低硫黄炭化水素）及びこれらの混合物からなる群から選択される。より好ましい実施形態においては、燃料／反応物は、ブタン、プロパン、メタノール、ペンタン及びこれらの混合物からなる群から選択される。内部及び／又は直接改質への適合性、対象となる作動温度範囲内における適切な蒸気圧、及び類似の条件に関して、適切な燃料を選択しなければならない。
【００４９】
層１２、１８、２０用に列挙された材料を様々に組合せることによって、多数の燃料電池１０を形成することは、本発明の範囲内であると意図されている。任意選択の層２２、２４、２６、２８のいずれか、あるいは全てと共に、層１２、１８、２０用に列挙された材料を様々に組合せることによって、非常に多くの燃料電池１０を形成することができる。そのような「組合せ及び選択的組合せ」は本発明の範囲内であることを理解されたい。但し、以下の基準に従うことが好ましい。選択された層の間に機械的コンパティビリティがあることが好ましく、例えば、複数の層がほぼ同じ熱係数を持たなければならない。また、選択された層の間に化学的コンパティビリティがあることが好ましく、例えば、高温での製造中に望ましくない反応があってはならず、使用中に望ましくない反応があってはならない。さらに、選択された層が、対象となる作動温度範囲内で機能することが好ましい。さらに、選択された燃料（単数又は複数）が、対象となる作動温度の範囲内で機能することが好ましい。
【００５０】
次に図１５を参照すると、本発明の別の態様では、基材３０内に配列された複数の薄膜／厚膜複合燃料電池１０、１０'、１０''が包含される。複数の燃料極層１８の間に電気的な接続（直列及び／又は平行）が設けられ、複数の空気極層２０の間に電気的な接続（直列及び／又は平行）が設けられている。
【００５１】
図１５は、燃料電池アレイの好ましい実施形態を示しており、この場合、複数の燃料電池１０、１０'、１０''が、平板アレイ３２内で接続されており、該平板アレイ３２は、酸素源と接触するように構成された第１の面３４を有し、該第１の面３４は、その中に複数の空気極層２０を有する。前記平板アレイ３２は、さらに、第１の面３４と相対する第２の面３６を有し、該第２の面３６は、燃料（図示せず）と接触するように構成され、第２の面３６は、複数の燃料極層１８を有する。好ましい実施形態において、酸素源は空気である。
【００５２】
図１６は、図１５に示した平板アレイ３２の電気回路図である。
【００５３】
図１５に示した平板アレイ３２は、７マスク処理を用いて作製することができる。平板アレイ３２のいくつかの利点には、以下のようなものがあるがこれらに限定されない。当該方法で平板アレイを作製することによって、一般的な確立されたマイクロエレクトロニクス製造技術を使用して、単一基材上に、マイクロパワー用途の（所望の出力電圧／電流作動特性を得るために）電池の完全且つ実用的な直列及び／又は並列の組合せを構成することができる。これは、非常に大きな設計柔軟性をもたらすだけでなく、従来の３次元的な積み重ね手法よりも確実な経済的利点をもたらす。さらに、この平板アレイにより、燃料極と空気極が全て、３次元スタックの構成とは対照的に、単一基材の共通の面上に存在するため、燃料と空気のマニホールドシステムが単純化される。この単純化されたマニホールドにより、高価なバイポーラ板及び精巧なガス封止機構が不要になる。封止上の問題は、多くの既知の平板ＳＯＦＣの概念にとって、実質的な欠点であることが示されている。外部負荷への接続が単純化されるだけでなく、個々の電池間の相互接続も単純化されるため、その結果、電気的寄生損失が小さくなる可能性が高い。
【００５４】
本発明の燃料電池１０は、高性能で且つきわめて望ましい電力密度を有する。好ましい実施形態において、ＳＯＦＣ１０は、約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２０００ｍＷ／ｃｍ２以上の電力密度を有する。さらに好ましい実施形態において、燃料電池１０は、約１０００ｍＷ／ｃｍ２〜約２０００ｍＷ／ｃｍ２の電力密度を有する。
【００５５】
燃料電池１０の作動温度は、約４００℃〜約８００℃であることが好ましい。さらに好ましくは、燃料電池１０の作動温度は、約４００℃〜約６００℃である。さらに、燃料電池１０の作動温度は、約４００℃〜約５００℃であることが好ましい。
【００５６】
本発明によって、ＰＥＭ形燃料電池の約２〜１０倍の電力密度、燃料の直接酸化及び／又は内部改質の可能性、及び低いＳＯＦＣ作動温度が有利にもたらされる。
【００５７】
本発明の燃料電池１０を製造する方法は、誘電体あるいは半導体基材３０上にウェル３８を作製するステップを包含し、前記基材３０は第１の面４０及び第２の面４２を有しており、該第２の面４２は第１の面４０と相対しており、前記ウェル３８は、第１の面４０内に画定されている（図５参照）。ウェル３８の表面に、薄膜固体酸化物電解質層１２を付着させる（図７参照）。電解質１２により被覆されているウェル３８内に電極層１８を付着させる（図８参照）。第２の面４２に対向ウェル４４を作製し、該対向ウェル４４を電解質層１２と接触させる（図１０参照）。本発明の方法は、対向ウェル４４内に対向電極層２０を付着させるステップをさらに包含する（図１３参照）。
【００５８】
「電極」は、燃料極層１８として示され、「対向電極」が空気極層２０として示されているが、これらは逆にすることもでき、即ち、「電極」を空気極層２０に、「対向電極」を燃料極層１８にすることもできることを理解されたい。
【００５９】
薄膜電解質層１２は、任意の適切な手段によって付着させることができるが、好ましい実施形態では、電解質層１２を付着させるステップは、スパッタ付着法及び／又は化学蒸着法（ＣＶＤ）によって実施されることを理解されたい。
【００６０】
本発明の方法は、必要に応じてさらに、電極層１８を適用する以前に、電解質層１２を焼成するステップを包含することができる。この段階は、必要な場合と必要でない場合がある。例えば、電解質層１２を十分に高い温度でスパッタ付着することができる場合は、焼成段階は不要である。さらに、電極１８、２０を焼成するステップが、電解質層１２に関しても十分であることがあり、それにより別個の電解質１２の焼成ステップが不要になる。
【００６１】
本発明の方法は、さらに、基材３０の第２の面４２上に絶縁誘電体４６を適用／付着させるステップを包含する（図１２参照）。さらに、選択された基材３０がシリコンの場合は、絶縁誘電体４６を、基材３０の第２の面４２上において成長させることができる。
【００６２】
絶縁誘電体４６用に任意の適切な材料を選択することができるが、好ましい実施形態においては、絶縁誘電体４６の材料は、熱成長させた二酸化ケイ素、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）させた二酸化ケイ素、ＰＥＣＶＤさせた窒化ケイ素、ＰＥＣＶＤさせた炭化ケイ素、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）させた窒化ケイ素、及びこれらの混合物からなる群から選択される。好ましい実施形態において、優れた材料は、熱成長させた二酸化ケイ素であり、これは、自己マスキング／自己整列酸化物である。これとは対照的に、付着した薄膜は、一般に、追加のマスキング層の使用を必要とすることがある。
【００６３】
本発明の方法は、平坦化技術を用いて電極層１８及び対向電極層２０を処理するステップをさらに包含することができる。任意の適切な平坦化技術を使用することができるが、好ましい実施形態においては、平坦化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）及び／又は機械研磨によって実施されることを理解されたい。平坦化は、電極層１８と対向電極層２０を、それぞれウェル３８と対向ウェル４４に有利に閉じこめる方法である。さらに、燃料極材料１８の平坦化処理は、焼成前あるいは焼成後、又は低温の圧密加熱ステップの後で実施できることを理解されたい。同様に、空気極材料２０の平坦化処理は、焼成前あるいは焼成後、又は低温の圧密加熱ステップの後で実施できることを理解されたい。
【００６４】
本発明の方法は、ウェル３８を作製するステップの前に、基材３０の第１の面４０に硬質マスク４８を適用／付着させるステップをさらに包含することができる。本発明の方法は又、対向ウェル４４を作製するステップの前に、基材３０の第２の面４２に硬質マスク５０を適用／付着させるステップを包含することができる。基材３０がシリコンである場合（図に示すように）は、基材３０の第１及び第２の面４０、４２上において硬質マスク４８、５０を成長させることができる。任意の適切なマスク４８、５０を使用することができるが、好ましい実施形態においては、マスク４８、５０は、酸化物、窒化物、炭化物、及びこれらの混合物からなる群から選択される。より好ましい実施形態においては、マスク４８、５０は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及びこれらの混合物からなる群から選択される。それほど好ましくないが、マスク４８、５０は、金属の硬質マスクから構成することができる。
【００６５】
ウェル３８及び対向ウェル４４は、エッチング及びプレス成形を含むがこれらに限定されない任意の適切な手段によって形成することができる。例えば、基材３０としてアルミナなどの材料が選択された場合、及び基材３０がプレス成形及び焼成によって製造された場合には、一般に、プレス成形を検討することができる。この場合、基材の製造処理中にプレス成形によってウェル３８を形成することができる。
【００６６】
好ましい実施形態において、ウェル３８及び対向ウェル４４は、エッチングによって作製される。基材３０がシリコンの場合、エッチングは、湿式異方性エッチング液、プラズマ異方性エッチング液、及びそれらの混合物からなる群から選択されているエッチング液を用いて実施するのが好ましい。これらのエッチング液は、ウェル３８及び対向ウェル４４上にきめて滑らかな面を有利に形成する。
【００６７】
本明細書に示すようなきわめて滑らかな面を形成できるのであれば、任意の適切な湿式異方性エッチング液を使用することができることを理解されたい。好ましい実施形態においては、湿式異方性エッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウムとイソプロピルアルコールの混合物、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化セリウム、エチレンジアミンピロカテコール、及びこれらの混合物からなる群から選択される。湿式異方性エッチング液は、図に示すように（例えば、図５及び図１０を参照）、ウェル３８及び相対する対向ウェル４４の側壁５２、５４を、実質的に外方向に広がる角度で、有利に形成する。これらの斜めの側壁５２、５４は、熱膨張／収縮の理由から有利である。
【００６８】
同様に、本明細書に示すようなきわめて滑らかな面を形成できるのであれば、任意の適切なプラズマ（乾式）異方性エッチング液を使用できることを理解されたい。好ましい実施形態において、プラズマ異方性エッチング液は、六フッ化硫黄、次いでＣ４Ｆ８を交互に適用する。Ｃ４Ｆ８は、エッチング面上、特に側壁上に薄い重合体薄膜を残す。六フッ化硫黄と次のＣ４Ｆ８の適用は、所望のエッチングが達成されるまで繰り返される。
【００６９】
プラズマ異方性エッチング液は、きわめて深いウェル３８、４４を形成できるという点で望ましいことがある。しかしながら、プラズマ異方性エッチング液は、実質的に垂直の（図示せず）側壁５２、５４を形成し、これは、いくつかの場合において、電解質１２と電極１８、２０材料の側壁の範囲にとって（即ち、実質的に垂直な壁を被覆することは難しい）だけではなくて、熱膨張／収縮の理由からも望ましくないことがある。
【００７０】
それほど好ましくない実施形態において、シリコン基材３０に等方性エッチング液を使用することができる。任意の適切な等方性エッチング液を使用することができるが、好ましい実施形態においては、等方性エッチング液は、フッ化水素酸、硝酸及び酢酸の混合物であることを理解されたい。等方性エッチング液は、ほぼ円形の断面を有する曲線的なエッチングを実現するが、欠点は、等方性エッチング液によってマスク（単数又は複数）が望ましくないアンダーカットを受ける場合があることである。
【００７１】
基材が、酸化ケイ素を含む誘電体基材の場合、エッチングは、任意の適切な等方性エッチング液によって行うことができることを理解されたい。好ましい実施形態において、等方性エッチング液には、フッ化水素を含有する等方性エッチング液が包含される。
【００７２】
基材３０の任意の適切な材料を選択することができることを理解されたい。好ましい実施形態においては、基材３０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、酸化ケイ素を含む誘電体基材、アルミナ、サファイヤ、セラミック、及びこれらの混合物からなる群から選択される。本発明の好ましい実施形態において、優れた基材は単結晶シリコンである。
【００７３】
本発明者は、マイクロエレクトロニクス産業で従来から使用されている製造プロセスによって得られたきわめて滑らかな面によって、実質的に表面の凹凸によって電解質層１２に望ましくない穴があく危険性なしに、きわめて薄い薄膜電解質層１２の付着が可能になることを予期せず偶然に発見した。
【００７４】
対照的に、既知のＳＯＦＣ製造プロセスは、多孔性電極上に電解質層を付着させる。しかしながら、基材が多孔性電極のときは、電解質層に凸凹した面がある場合があり、付着させるときに電解質材料が電極にいくらか侵入する場合がある。これにより、凸凹の電解質層が生成される場合があり、空気、燃料あるいはガスがしみ出るような隙間が電解質内に存在しないようにするために、多くの場合に、より厚い電解質層を必要とすることがある。
【００７５】
本発明の方法にはさらに他の利点がある。前述のきわめて滑らかなウェル／対向ウェル３８、４４面の上方の実質的に非多孔質の基材３０（例えば、単結晶シリコンのウェーハ）上に、電解質層１２を付着させる（電極１８、２０のどちらかの前に）。きわめて薄い電解質層１２を付着させることができるのに加えて、きわめて滑らかな面及び実質的に非多孔質の基材３０によって、理論値に近い開回路電圧（ＯＣＶ）を生じることができる。
【００７６】
本発明のＳＯＦＣの利点の全てではないが多くを保持したまま、ウェル３８、４４内に薄膜電極１８、２０を形成することは、本発明の方法の範囲内であるようと考えられる。そのような薄膜電極１８、２０が必要な場合は、化学蒸着法あるいはスパッタ付着法を含むがこれらに限定されない任意の適切な技術によって、これらの電極を付着させることができる。従って、ウェル３８及び／又は対向ウェル４４は、厚膜あるいは薄膜のどちらの電極層１８、２０でも含むように構成させることができる。本発明の好ましい実施形態の１つにおいて、ウェル３８、４４はそれぞれ、厚膜電極１８、２０を含むように構成されている。
【００７７】
次に図４を参照すると、本発明の方法は、従来のフォトリソグラフィとエッチング処理を用いて、基材３０の第１の面４０上に硬質マスク４８をパターニングするステップをさらに包含することができる。図６は、誘電体硬質マスク４８が除去された状態を示す。そのような除去は、片側のプラズマエッチングによって達成するのが好ましい。
【００７８】
電極１８をウェル３８内に付着させた後に、電極１８を焼成することができる。同様に、電極２０をウェル４４内に付着させた後に、電極２０を焼成することができる。
【００７９】
次に図９を参照すると、本発明の方法は、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング処理を用いて、基材３０の第２の面４２に硬質マスク５０をパターニングするステップを包含することができる。図１１は、誘電体の硬質マスク５０が除去された状態を示す。そのような除去は、片側のプラズマエッチングによって行われることが好ましい。必要に応じて、マスク５０を後に残すことができる。
【００８０】
本発明のさらに他のいくつかの利点には、以下のようなものがあるがこれらに限定されない。最新技術のマイクロプロセッサは、一般に、約２５以上のマスク処理を用いるが、本発明の方法は、わずか２つのマスク処理（図３〜１３に示すように）であり有利である。以上説明したような多孔性厚膜媒体からのより高性能な燃料極／空気極材料を使用することにより、分極損失が減少する。本発明の平板アレイ３２並びに本発明のＳＯＦＣ１０によって、レイアウトの融通性及びレイアウト手法の拡張性がもたらされる。さらに、以上説明したような処理ステップは、説明した例示的な順序で進める必要はなく、本発明の処理の順序は、エッチング選択性と熱履歴制約に基づいて有利に変更でき且つ融通が利く。さらに、燃料電池１０は、内部改質反応（炭化水素燃料を水素と一酸化炭素に変換する）を行うための格好の条件を与えるので、これにより、様々な燃料源を見込むことができ有利である。
【００８１】
さらに本発明を例示するために、以下の例を示す。この例は、例示のために提供されるのであって、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでないことを理解されたい。
【００８２】
例
本発明のＳＯＦＣ１０は、以下の材料を使用して製造される。燃料極層１８には、Ｌａ＋Ｓｒ＋Ｇａ＋Ｍｇ＋Ｏ（ＬＳＧＭ）＋ＮｉＯサーメットが選択される。燃料極／電解質界面層２２は、Ｓｍ＋Ｃｅ＋Ｏ（ＳＤＣ）から形成される。電解質層１２には、Ｌａ＋Ｓｒ＋Ｇａ＋Ｍｇ＋Ｏ（ＬＳＧＭ）が選択される。空気極層２０には、Ｌａ＋Ｓｒ＋Ｃｏ＋Ｏ（ＬＳＣ）が選択される。本例のＳＯＦＣ１０は、作動温度が６００℃〜８００℃の低温作動ＳＯＦＣである。
【００８３】
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、開示した実施形態を修正できることは当業者には明らかである。従って、以上の説明は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、本発明の真の範囲は、添付の特許請求の範囲に定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】基本的な固体酸化物形燃料電池構造の概略図
【図２】従来技術の薄膜固体酸化物形燃料電池構造の断面図
【図３】基材両面上のマスキング膜を示す本発明のプロセスの準備ステップの断面図
【図４】基材片面上のパターニングされたマスキング膜を示す本プロセスのさらなるステップの断面図
【図５】基材材料内に形成されたウェルを示す本プロセスのさらなるステップの断面図
【図６】ウェル近傍の基材からマスキング膜が除去された状態を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図７】薄い固体電解質層の付着を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図８】ウェル内の厚膜電極の付着を示す本発明のさらなるステップの断面図
【図９】基材反対面上のパターニングされたマスキング膜を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図１０】基材材料の反対側に形成された対向ウェルを示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図１１】対向ウェル近傍の基材からマスク膜が除去された状態を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図１２】対向ウェル近傍の基材上の絶縁誘電体を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図１３】対向ウェル内の厚膜対向電極の付着を示す本発明におけるさらなるステップの断面図
【図１４】燃料極接点パッド及び空気極接点パッドを示す図１３に示した本発明のやや概略的な平面図
【図１５】本発明の数個のＳＯＦＣによる平板アレイの部分断面図
【図１６】図１５に示した平板アレイの電気回路図
【図１】
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【図２】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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