(57)【要約】  化学前駆体の処理チャンバへの直接液体注入（ＤＬＩ）のための方法及び装置が提供される。ＤＬＩシステムは、液体前駆体源気化システムを含み、これは、液体を安定的且つ効率的に気化する。一実施態様では、ＤＬＩシステムは、閉ループ統合システムであり、これは、注入バルブ、液体流量計（ＬＦＭ）、加圧前駆体源としてのアンプルアセンブリ、アンプルアセンブリ中の前駆体を加圧するための不活性プッシュガス、目標の温度レジームを維持するための温度コントローラ、漏れ検出、及びガスヒータへの制御されたキャリアガス流を組み合わせている。【選択図】図３
2021536528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すよう動作可能な気化器アセンブリであって、
液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、及び気化した液体反応物を供給するよう動作可能な注入バルブであって、
中に内部領域を包含するバルブ本体；
内部領域と流体連結した気体入口ポート；
内部領域と流体連結した液体入口ポート；及び
内部領域と流体連結した蒸気出口ポート；
を含む注入バルブと、
第１の入口ラインであって、
液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
液体源と結合する第２の端部；
を含む第１の入口ラインと、
第２の入口ラインであって、
気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；
キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部；及び
第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータ；
を含む第２の入口ラインと、
を含む気化器アセンブリ
を含む、装置。
【請求項２】
装置であって、
液体反応物を供給するよう動作可能なアンプルアセンブリであって、
内部空間を包含する、側壁、頂面、及び底面を含むキャニスタ；及び
内部空間と流体連結した入口ポート及び出口ポート；
を含むアンプルアセンブリと、
第３の入口ラインであって、
アンプルアセンブリの入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
プッシュガス源と接続される第２の端部；
を含む第３の入口ラインと、
第１の出口ラインであって、
アンプルアセンブリの出口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
第１の入口ラインの第２の端部と流体的に結合した第２の端部
を含む第１の出口ラインと、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
プッシュガス源が、ヘリウム、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせから選択されるガスを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
注入バルブへ流される液体反応物の流量を測定するよう動作可能な第１の入口ラインの第１の端部と第２の端部との間に配置された液体流量計をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
液体反応物が、シラン含有前駆体、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、又は水から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
キャリアガス源が、ヘリウム、窒素又はアルゴンから選択されるガスを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
システムであって、
処理チャンバ；並びに
気化した前駆体を処理チャンバへ供給するよう動作可能な直接液体注入システムであって、
液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すよう動作可能な気化器アセンブリであって、
液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、及び気化した液体反応物を供給するよう動作可能な注入バルブであって、
中に内部領域を包含するバルブ本体；
内部領域と流体連結した気体入口ポート；
内部領域と流体連結した液体入口ポート；及び
内部領域と流体連結した蒸気出口ポート；
を含む注入バルブと、
第１の入口ラインであって、
液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
液体源と結合する第２の端部；
を含む第１の入口ラインと、
第２の入口ラインであって、
気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；
キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部；及び
第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータ；
を含む第２の入口ラインと、
を含む気化器アセンブリ
を含む直接液体注入システム
を含む、システム。
【請求項８】
直接液体注入システムが、
液体反応物を供給するよう動作可能なアンプルアセンブリであって、
中に内部空間を包含する、側壁、頂面、及び底面を含むキャニスタ；及び
内部空間と流体連結した入口ポート及び出口ポート；
を含むアンプルアセンブリと、
第３の入口ラインであって、
アンプルアセンブリの入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
プッシュガス源と接続される第２の端部；
を含む第３の入口ラインと、
第１の出口ラインであって、
アンプルアセンブリの出口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
第１の入口ラインの第２の端部と流体的に結合した第２の端部
を含む第１の出口ラインと、
をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
プッシュガス源が、ヘリウム、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせから選択されるガスを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
注入バルブへ流される液体反応物の流量を測定するよう動作可能な第１の入口ラインの第１の端部と第２の端部との間に配置された液体流量計をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
液体反応物が、シラン含有前駆体、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、又は水から選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
キャリアガス源が、ヘリウム、窒素又はアルゴンから選択されるガスを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
処理チャンバが一又は複数の蒸発るつぼを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
方法であって、
プッシュガス源からのプッシュガスを、液体前駆体を含有するアンプルアセンブリへ供給して、液体前駆体を加圧すること；
加圧した液体前駆体を気化器へ供給すること；
気化器中の液体前駆体を気化して、気化した反応物を形成すること；
気化した反応物を処理チャンバ中の処理領域へ供給すること；及び
気化した反応物を蒸発した前駆体及び／又はプラズマと反応させて、処理領域中に配置された基板上にセラミック含有層を堆積させること；
を含む、方法。
【請求項１５】
蒸発した前駆体が、アルミニウム含有前駆体及びシリコン含有前駆体から選択される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施態様は、概して、低温での薄膜の堆積のための方法及びシステムに関する。より具体的には、本明細書に記載される実施態様は、低温でのプラスチック基板上への薄膜の堆積のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタ及びリチウムイオン（Ｌｉイオン）バッテリなどの急速充電、高容量エネルギー貯蔵デバイスは、携帯用電子機器、医療、輸送、グリッド接続された大エネルギー貯蔵、再生可能エネルギー貯蔵、及び無停電電源（ＵＰＳ）を含む、ますます多くの用途で使用されている。
【０００３】
Ｌｉイオンバッテリは一般的に、アノード電極、カソード電極、及びアノード電極とカソード電極との間に配置されたセパレータを含む。セパレータは、カソード電極とアノード電極との間の物理的及び電気的な分離をもたらす電子絶縁体である。電気化学反応中、例えば充放電中、リチウムイオンは電解質を介して、２つの電極間のセパレータのポアを通って運ばれる。
【０００４】
バッテリセパレータの高温溶融完全性は、バッテリの安全性を保証する重要な特性である。過充電若しくは内部短絡による内部熱の蓄積、又は内部セル温度の上昇につながるその他の事象の場合、セパレータはその完全性を維持し、電極が高温で互いに接触するのを防ぐため、高温溶融完全性は安全性を高めることができる。
【０００５】
リチウムイオンバッテリの典型的なセパレータは、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）などのポリマーに基づいており、これらは溶融処理技術を介して製造される。これらのタイプのセパレータは、通常、高温（例えば１６０℃超）では不十分な溶融完全性を有する。この不十分な溶融完全性はまた、セパレータが耐えることができる後続の処理のタイプを制限する。
【０００６】
したがって、当該技術分野では、セパレータの溶融完全性を維持しながら、セパレータの後続の処理を可能にする方法及びシステムが必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載される実施態様は、概して、低温での薄膜の堆積のための方法及びシステムに関する。より具体的には、本明細書に記載される実施態様は、低温での基板上への薄膜の堆積のための方法及びシステムに関する。一実施態様では、直接液体注入（ＤＬＩ）システムが提供される。ＤＬＩシステムは、液体前駆体源気化システムであり、これは、液体を安定的且つ効率的に気化する。一実施態様では、ＤＬＩシステムは閉ループ統合システムである。ＤＬＩシステムには、注入バルブ、液体流量計（ＬＦＭ）、加圧前駆体の源としてのアンプルアセンブリ、アンプルアセンブリ中の前駆体を加圧するための不活性プッシュガス、目標の温度レジームを維持するための温度コントローラ、及びガスヒータへの制御されたキャリアガス流が含まれる。
【０００８】
別の実施態様では、液体反応物を供給するための装置が提供される。装置は、液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すための気化器アセンブリを含む。気化器アセンブリは、液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、気化した液体反応物を供給するための注入バルブを含む。注入バルブは、バルブ本体内の内部領域、内部領域と流体連結した気体入口ポート、内部領域と流体連結した液体入口ポート、及び内部領域と流体連結した蒸気出口ポートを包含するバルブ本体を含む。気化器アセンブリは、第１の入口ラインをさらに含む。第１の入口ラインは、液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部と、液体源と接続する第２の端部とを含む。気化器アセンブリは、第２の入口ラインをさらに含む。第２の入口ラインは、気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部と、キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータとを含む。
【０００９】
さらに別の実施態様では、システムが提供される。システムは、処理チャンバと、処理チャンバへ気化した前駆体を供給するための直接液体注入システムとを含む。直接液体注入システムは、液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すための気化器アセンブリを含む。気化器アセンブリは、液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、気化した液体反応物を供給するための注入バルブを含む。注入バルブは、バルブ本体内の内部領域、内部領域と流体連結した気体入口ポート、内部領域と流体連結した液体入口ポート、及び内部領域と流体連結した蒸気出口ポートを包含するバルブ本体を含む。気化器アセンブリは、第１の入口ラインをさらに含む。第１の入口ラインは、液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部と、液体源と接続する第２の端部とを含む。気化器アセンブリは、第２の入口ラインをさらに含む。第２の入口ラインは、気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部と、キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータとを含む。
【００１０】
さらに別の実施態様では、膜を形成する方法が提供される。方法は、プッシュガスをプッシュガス源から液体前駆体を含有するアンプルアセンブリへ供給して、液体前駆体を加圧することを含む。方法は、加圧した液体前駆体を気化器へ供給することをさらに含む。方法は、気化器中の液体前駆体を気化して、気化した反応物を形成することをさらに含む。方法は、気化した反応物を処理チャンバの処理領域に供給することをさらに含む。方法は、気化した反応物を蒸発した前駆体及び／又はプラズマと接触させて、処理領域に配置された基板上にセラミック含有層を堆積させることをさらに含む。
【００１１】
本開示の上述の特徴を詳しく理解し得るように、上記で簡単に要約されている実施態様のより詳細な説明が、実施態様を参照することによって得られる。一部の実施態様は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施態様も許容し得るため、付随する図面は、この開示の典型的な実施態様のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書に記載される一又は複数の実施態様により形成されたセル構造体の一実施態様の断面図を示す。
【図２】本明細書に記載された一又は複数の実施態様により形成されたセラミックコーティングセパレータの断面図を示す。
【図３】本開示の一又は複数の実施態様に係る液体供給システムの概略図を示す。
【図４Ａ】本開示の一又は複数の実施態様に係る蒸発装置の概略上面図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示した蒸発装置の概略正面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａに示した蒸発装置の概略側面図を示す。
【図５】本明細書の一又は複数の実施態様に係る、セラミックコーティングを基板上に形成するための方法の一実施態様の概要を表すプロセスのフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用している。１つの実施態様の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施態様に有益に組み込まれ得ると、想定される。
【００１４】
以下の開示は、化学前駆体の供給に使用されるシステム、方法、及び装置を記載している。本開示の様々な実施態様を完全に理解させるため、特定の詳細が以下の明細書の記載及び図１〜５で提示される。多くの場合、電気化学セル及びバッテリに関連する周知の構造及びシステムを記述する他の詳細は、様々な実施態様の記述が無用に曖昧にならないように、以下の開示に記述されている。
【００１５】
図に示している詳細事項、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実施態様を単に例示するものにすぎない。したがって、本開示の主旨及び範囲から逸脱しなければ、他の実施態様が、その他の詳細事項、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することも可能である。加えて、本開示のさらなる実施態様は、後述する詳細事項のいくつかがなくとも、実践され得る。
【００１６】
本書に記載の実施態様は、すべてカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ  インコーポレイテッドから入手可能なＴｏｐＭｅｔＴＭ、ＳｍａｒｔＷｅｂＴＭ、ＴｏｐＢｅａｍＴＭなどのロールツーロールコーティングシステムを使用して実行され得る高速蒸発プロセスを参照して、以下で詳細に説明される。他の高速蒸発処理を実行可能なツールも、本明細書に記載された実施態様の利点に適合させることができる。さらに、薄膜堆積を可能にするシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載された装置の説明は例示的なものであり、本明細書に記載された実施態様の範囲を制限するものとして理解又は解釈するべきではない。ロールツーロールプロセスとして説明されているが、個別のポリマー基板上に実行され得ると理解されたい。
【００１７】
化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、蒸発処理チャンバ及び他の隣接する技術には、いくつかのガスが利用され得る。これらのガスは、気化した液体前駆体の形態であり、生成され、供給パイプを介して処理チャンバへ供給され得る。いくつかの気化機構が存在するが、大抵の従来のガス供給システムは、処理されている材料の熱収支を超える温度でガスを供給する。
【００１８】
一実施態様では、低い熱負荷での薄膜の多孔性プラスチック基板上への堆積のために、液体蒸気を処理チャンバへ供給するための直接液体注入（ＤＬＩ）システムが、提供される。処理チャンバは、ロールツーロールプロセスシステムであり得る。一実施態様では、液体水は気化され、アルミニウム蒸気の酸化が生じて薄膜（例えば、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）、ＡｌｘＯｙ（０≦ｘ，ｙ≦３）、又はＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）の混合層）を低温（例えば、基板の溶融温度未満の温度）で基板上に製造及び堆積させる処理チャンバへ供給される。別の実施態様では、液体水は気化され、シリコン蒸気の酸化が生じて薄膜（例えば、ＳｉＯｘ（０≦ｘ≦２）、Ｓｉ（ＯＨ）ｘ（０≦ｘ≦２）、ＳｉＯｘＨｙ（０≦ｘ，ｙ≦２））を低温で基板上に製造及び堆積させる処理チャンバへ供給される。少なくとも一態様では、基板は、ポリプロピレン及び／又はポリエチレンなどのプラスチック基板である。別の態様では、基板はその上に形成された薄膜を有し、例えば、銅基板はその上に形成されたリチウム膜を有する。別の態様では、基板は銅基板又はアルミニウム基板である。よって、本明細書に記載されるシステムのいくつかの実施態様は、熱負荷を減少させ、このことは、感熱性基板への薄膜の堆積を可能にする。
【００１９】
一実施態様では、直接液体注入（ＤＬＩ）システムが提供される。ＤＬＩシステムは、液体前駆体源気化システムであり、これは、液体を安定的且つ効率的に気化する。一実施態様では、ＤＬＩシステムは、閉ループ統合システムであり、これには、注入バルブ、液体流量計（ＬＦＭ）、及び加圧前駆体源としてのアンプルアセンブリが含まれる。ＤＬＩシステムは、アンプルアセンブリ中の前駆体を加圧するための不活性プッシュガスをさらに含み得る。ＤＬＩシステムは、目標の温度レジームを維持するための温度コントローラをさらに含み得る。ＤＬＩシステムは、漏れ検出システムをさらに含み得る。ＤＬＩシステムは、バンドヒータ及び絶縁体に巻かれた分割３１６Ｌ  ＳＳラインを有するガスヒータへの制御されたキャリアガス流をさらに含み得る。
【００２０】
一実施態様では、ＤＬＩシステムは注入バルブを含む。注入バルブは、アンプルアセンブリからの不活性プッシュガスを有する加圧処理液体を受け取るための液体水入口を含む。ＤＬＩシステムは、液体流量計をさらに含み、これは正確な液体流量制御を可能にする。注入バルブは、加圧不活性キャリアガスを受け取るための加熱キャリアガス入口と、気化した処理液体及びキャリアガス混合物を処理チャンバへ供給するための気体出口とをさらに含む。一実施態様では、処理液体が加熱キャリアガスへ注入されるときに、キャリアガス中の処理液体の熱及び低い部分蒸気圧によって処理液体が気化するように、注入バルブは加熱される。いくつかの実施態様では、高いキャリアガス圧力は、キャリアガス内の処理液体の部分蒸気圧を下げることにより、より多くの処理液体の気化を生成する。液体供給システムを設計する際、システム全体のサイズ及び複雑さを最小限に抑えるのと同様に、許容されるキャリアガス圧力及び機構内の液体の安全な搬送が１つの考慮事項である。
【００２１】
いくつかの実施態様では、ＤＬＩシステムは、蒸気／ガス相に供給されるさまざまな処理前駆体化学物質用のロールツーロールウェブプラットフォームに統合されており、膜化学は、前駆体濃度を蒸気の状態の他の処理材料で微調整することにより制御され得る。いくつかの実施態様では、ソフトウェア制御は、基板に堆積したさまざまな組成の物質についてプロセスウインドウを微調整することを可能にする。
【００２２】
一実施態様では、オキシ水酸化アルミニウム（例えばＡｌＯ（ＯＨ））薄膜を基板上に堆積させる方法が提供される。この方法は、処理チャンバ中でアルミニウム蒸気を形成すること、酸素ガスを処理チャンバへ供給すること、及び本明細書に記載されるようなＤＬＩシステムを使用して水分（例えば水蒸気）を処理チャンバへ供給することを含む。処理領域へ供給されたアルミニウム蒸気、酸素、及び水分の制御は、アルミニウムの気化速度を制御すること（例えば、ボード温度及びアルミニウムワイヤ供給を制御すること）、質量流量コントローラを介して酸素流量を制御すること、及びＤＬＩシステムを介して水分供給を制御することにより達成され得る。
【００２３】
別の実施態様では、基板上にシリコン含有薄膜を堆積させる方法が提供される。この方法は、処理チャンバ中でケイ素蒸気を形成すること、場合によっては酸素ガスを処理チャンバへ供給すること、及び本明細書に記載されるようなＤＬＩシステムを使用して水分（例えば水蒸気）を処理チャンバへ供給することを含む。処理領域へ供給されたケイ素蒸気、酸素、及び水分の制御は、ケイ素の気化速度を制御すること、質量流量コントローラを介して酸素流量を制御すること、及びＤＬＩシステムを介して水分供給を制御することにより達成され得る。
【００２４】
一実施態様では、実行されると、基板上にオキシ水酸化アルミニウム又はシリコン含有薄膜層を堆積させる方法を本明細書に記載されるＤＬＩシステムを使用して処理チャンバ中で実行させる命令が記憶されたコンピュータ可読媒体が提供される。この方法は、本明細書に開示される方法及びシステムの任意の実施態様を含むことができる。
【００２５】
本明細書に記載される場合、基板は、とりわけ、フレキシブルな材料、多孔性ポリマー材料、膜、電流コレクタ、導電性膜（例えば、銅又はアルミニウム）、箔、ウェブ、プラスチック材料のストリップ、金属、紙、又は他の材料を含むことが考慮され得る。通常、用語「ウェブ」、「箔」、「ストリップ」、「基板」等は、同義的に使用される。
【００２６】
図１は、本開示の一又は複数の実施態様により形成されたセラミックコーティングセパレータを有する、セル構造体１００の一例を示している。セル構造体１００は、正の電流コレクタ１１０、正電極１２０、セラミックコーティングセパレータ１３０、負電極１４０及び負の電流コレクタ１５０を有する。セラミックコーティングセパレータ１３０は、本明細書に記載される実施態様により形成され得る。図１で、電流コレクタは、スタックを越えて伸びる必要はないが、スタックを越えて伸びるように示されており、スタックを越えて伸びている部分はタブとして使用され得るということは、留意されたい。セル構造体１００は、平面構造体として示されているが、層のスタックを巻回することによって円筒形に形成されていてもよく、さらに、他のセル構成（例えば角柱状セル、ボタン状セル）も形成されてよい。
【００２７】
それぞれ正電極１２０及び負電極１４０上にある電流コレクタ１１０、１５０は、同一の又は異なる電子伝導体になり得る。一実施態様では、電流コレクタ１１０はアルミニウムを含み、電流コレクタ１５０は銅を含む。
【００２８】
負電極１４０すなわちアノードは、正電極１２０と互換性のある材料であってもよい。負電極１４０は、３７２ｍＡｈ／ｇ以上、好ましくは、７００ｍＡｈ／ｇ以上、最も好ましくは１，０００ｍＡｈ／ｇ以上のエネルギー容量を有し得る。負電極１４０は、グラファイト、シリコン含有グラファイト（例えばシリコン（＜５％）がブレンドされたグラファイト）、リチウム金属箔若しくはリチウム合金箔（例えば、リチウムアルミニウム合金）、あるいは、リチウム金属及び／又はリチウム合金と、カーボン（例えば、コークス、グラファイト）、ニッケル、銅、スズ、インジウム、シリコン、これらの酸化物、又はこれらの組み合わせなどの材料との混合物から構成され得る。
【００２９】
正電極１２０すなわちカソードは、アノードと適合する任意の材料であってよく、層間（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）化合物、挿入化合物、電子化学的に活性があるポリマーを含んでいてよい。セル構成要素１２０、１３０、及び１４０内に注入された電解質は、液体／ゲル又は固体のポリマーからなっていることができ、互いに異なっていてよい。任意の好適な電解質が使用され得る。
【００３０】
図２は、本明細書に記載された一又は複数の実施態様により形成されたセラミックコーティングセパレータ１３０の断面図を示している。セラミックコーティングセパレータ１３０は、イオンを伝導可能な多孔性（例えば、微多孔性）ポリマー基板１３１（例えば、セパレータ膜）を含む。多孔性ポリマー基板１３１は、第１の表面１３２、及び第１の表面１３２に対向する第２の表面１３４を有する。イオンを伝導可能なセラミック含有層１３３ａ、１３３ｂ（併せて１３３）（例えば超薄型セラミックコーティング）は、多孔性ポリマー基板１３１の第１の表面１３２の少なくとも一部上、及び場合によっては多孔性ポリマー基板１３１の第２の表面１３４の一部上で、形成される。セラミック含有層１３３は少なくとも、電子的な短絡（例えば、アノードとカソードとの直接的な、すなわち物理的な接触）を防止し、樹枝状結晶の成長を遮断するように適合されている。多孔性ポリマー基板１３１は少なくとも、熱暴走の事象が発生している間に、アノードとカソードとの間のイオン伝導性（又は流れ）を遮断するように適合されている。セラミック含有層１３３は、アノードとカソードとの間のイオン流を可能にするのに十分な導電性であり、その結果、セル構造体１００は、目標の量の電流を生成する。本明細書で論じられているように、一実施態様では、セラミック含有層１３３は、本明細書に記載されるＤＬＩシステムを使用して形成される。
【００３１】
一実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は微多孔性イオン伝導性ポリマー基板である。一実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、多層ポリマー基板である。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、任意の市販のポリマー微多孔性膜（例えば、一重又は多重の）、例えば、Ｐｏｌｙｐｏｒｅ（ノースカロライナ州シャーロットのＣｅｌｇａｒｄ社）、東レ東燃（バッテリセパレータ膜（ＢＳＦ））、ＳＫ  Ｅｎｅｒｇｙ（リチウムイオンバッテリセパレータ（ＬｉＢＳ））、Ｅｖｏｎｉｋ  ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（ＳＥＰＡＲＩＯＮ（登録商標）セラミックセパレータ膜）、旭化成（ポリオレフィン製平膜ハイポア（商標））、デュポン（Ｅｎｅｒｇａｉｎ（登録商標））によって製造された製品から選択される。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、２０から８０％の範囲（例えば２８から６０％の範囲）の多孔率を有する。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、０．０２から５ミクロンの範囲（例えば、０．０８から２ミクロン）の平均孔サイズを有する。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、１５から１５０秒の範囲のガーレー数を有する。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１はポリオレフィンポリマーを含む。適切なポリオレフィンポリマーの例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１はポリオレフィン膜である。一実施態様では、ポリオレフィン膜はポリエチレン膜又はポリプロピレン膜である。
【００３２】
一実施態様では、多孔性ポリマー基板１３１は、約１ミクロンから約５０ミクロンの範囲、例えば約３ミクロンから約２５ミクロンの範囲；約７ミクロンから約１２ミクロンの範囲；又は約１４ミクロンから約１８ミクロンの範囲の厚さ「Ｔ１」を有する。
【００３３】
セラミック含有層１３３は、一又は複数のセラミック材料を含む。セラミック材料は酸化物であってもよい。一実施態様では、セラミック含有層１３３には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）、ＡｌｘＯｙ（０≦ｘ，ｙ≦３）、ＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）、ＡｌＯｘＮｙ、ＡｌＮ（窒素環境で堆積したアルミニウム）の混合層、水酸化酸化アルミニウム（（ＡｌＯ（ＯＨ））（例えば、ダイアスポア（（α−ＡｌＯ（ＯＨ）））、べーマイト（γ−ＡｌＯ（ＯＨ））、又はアクダライト（５Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ））、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ＳｉＳ２、ＳｉＰＯ４、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ＳｉＯｘ（０≦ｘ≦２）、Ｓｉ（ＯＨ）ｘ（０≦ｘ≦２）、ＳｉＯｘＨｙ（０≦ｘ，ｙ≦２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＡｌＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＢＮ、イオン伝導性ガーネット、イオン伝導性ペロブスカイト、イオン伝導性アンチペロブスカイト、多孔性ガラスセラミックなど、又はそれらの組み合わせから選択される材料が含まれる。一実施態様では、セラミック含有層１３３は、ＡｌＯｘとＡｌ２Ｏ３の組み合わせを含む。一実施態様では、セラミック含有層１３３は、多孔性酸化アルミニウム、多孔性ＺｒＯ２、多孔性ＨｆＯ２、多孔性ＳｉＯ２、多孔性ＭｇＯ、多孔性ＴｉＯ２、多孔性Ｔａ２Ｏ５、多孔性Ｎｂ２Ｏ５、多孔性ＬｉＡｌＯ２、多孔性ＢａＴｉＯ３、イオン伝導性ガーネット、反イオン伝導性ペロブスカイト、多孔性ガラス誘電体、又はそれらの組み合わせを含む、それらからなる、又は本質的にそれらからなる、群より選択された材料を含む。セラミック含有層１３３は結合剤なしのセラミック層である。いくつかの実施態様では、セラミック含有層１３３は多孔性酸化アルミニウム層である。いくつかの実施態様では、セラミック含有層は水酸化酸化アルミニウムＡｌＯ（ＯＨ）である。一実施態様では、セラミック含有層１３３は、本明細書に記載される蒸発技法及びＤＬＩシステムを使用して堆積される。
【００３４】
一実施態様では、セラミック含有層１３３は、約１ナノメートルから約１，０００ナノメートルの範囲、例えば、約５０ナノメートルから約５００ナノメートルの範囲；又は約５０ナノメートルから約２００ナノメートルの範囲の厚さ「Ｔ２ａ」及び「Ｔ２ｂ」（併せてＴ２）を有する。
【００３５】
一実施態様では、セラミック含有層１３３は、多孔性ポリマー基板１３１以外の基板上に形成される。例えば、セラミック含有層１３３は、フレキシブルな材料、膜、箔、ウェブ、プラスチック材料のストリップ、金属、又は紙から選択される基板上に形成される。一実施態様では、セラミック含有層１３３は、例えば銅膜又はアルミニウム膜などの金属膜上に形成される。別の実施態様では、セラミック含有層１３３は、電流コレクタ１５０（例えば銅基板）上に形成され得る負電極１４０（例えばリチウム金属膜）などの膜上に形成される。別の実施態様では、セラミック含有層は、電流コレクタ１１０（例えばアルミニウム基板）上に形成され得る正電極１２０などの膜上に形成される。
【００３６】
図３は、本開示の一又は複数の実施態様に係る直接液体注入（ＤＬＩ）システム３００の概略図を示す。ＤＬＩシステム３００は、化学前駆体を含有する処理ガスを製造するのに適している。ＤＬＩシステム３００は、通常、処理チャンバ３０６に連結される。処理チャンバ３０６は、液体又は気体の状態の気化した化学前駆体を含有する、蒸着処理又は熱堆積処理を行うよう動作可能なチャンバであり得る。一実施態様では、処理チャンバ３０６は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、蒸発チャンバ、化学気相堆積チャンバ、又は原子層堆積チャンバである。
【００３７】
ＤＬＩシステム３００は、点線で示されるアンプルアセンブリ３１０を含む。いくつかの実施態様では、アンプルアセンブリ３１０は、ＤＬＩシステム３００と共に使用されることが意図されるが、ＤＬＩシステム３００の一部ではない。アンプルアセンブリ３１０は、頂面３１１、底面３１２、及び内部空間３１４を画定する側壁３１３を有するキャニスタ３１９を含む。アンプルアセンブリ３１０は、入口３１５と出口３１６を含む。いくつかの実施態様では、アンプルアセンブリ３１０は、キャニスタ３１９の内部空間３１４と流体連結した少なくとも一つの追加の導管３１７を含む。いくつかの実施態様では、追加の導管３１７は、隔離バルブ３１８を含んでよく、化学物質アンプル３１０を加圧又は減圧するために使用され得る。入口３１５は、キャニスタ３１９のリッド又は頂面３１１を通って配置され、液体前駆体をキャニスタ３１９の内部空間３１４に提供するよう動作可能である。出口３１６は、キャニスタ３１９のリッド又は頂面３１１を通って配置され、液体前駆体がキャニスタ３１９から流出するよう動作可能である。入口３１５は、アンプルアセンブリ３１０がＤＬＩシステム３００に接続されていないとき、入口２１１を周囲環境から隔離する入口隔離バルブ３１５ａを含み得る。出口３１６は、アンプルアセンブリ３１０がＤＬＩシステム３００に接続されていないとき、出口を周囲環境から隔離する出口隔離バルブ３１６ａを含み得る。アンプルアセンブリ３１０をＤＬＩシステム３００に接続した後、入口隔離バルブ３１５ａ及び出口隔離バルブ３１６ａは、アンプルアセンブリ３１０の内部空間３１４との流体連結を可能にするよう開口され得る。
【００３８】
いくつかの実施態様では、キャニスタ３１９は、運輸省（ＤＯＴ）により認定されている。一実施態様では、化学的適合性及び機械的強度を理由として、キャニスタ３１９は、ステンレス鋼（例えば、３１６ステンレス鋼（３１６  ＳＳＴ））で製作されている。一実施態様では、反応性の高い材料などの様々な種類の化学前駆体をキャニスタ３１９内に貯蔵することができるため、キャニスタ３１９の材料は、相当に化学的に不活性である。いくつかの実施態様では、キャニスタ３１９の側壁３１３、頂面３１１及び底面３１２はそれぞれ、約２ミリメートルから約１０ミリメートルの間（例えば約２ミリメートルから約６ミリメートルの間；又は約５ミリメートルから約６ミリメートルの間）の厚さを有する。
【００３９】
アンプルアセンブリ３１０は、意図された堆積処理に使用するのに適した任意の種類の前駆体を含有し得る。いくつかの実施態様では、アンプルアセンブリ３１０は液体前駆体を含有する。液体前駆体は、頂面３１１をキャニスタ３１９から分離することにより、又は追加の導管３１７を通して、アンプルアセンブリ３１０に添加され得る。
【００４０】
ＤＬＩシステム３００は、プッシュガス又はプッシュガス源３２０と流体連通した入口ライン３３０をさらに含む。一実施態様では、プッシュガスは、アンプルアセンブリ３１０を加圧するのに使用される。プッシュガス源３２０は、アンプルアセンブリ３１０に含有される液体前駆体と適合する任意のプッシュガスを含み得る。適切なプッシュガスの例には、ヘリウム、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせなどの不活性ガスが含まれる。
【００４１】
入口ライン３３０は、アンプルアセンブリ３１０が存在するとき、プッシュガスのアンプルアセンブリ３１０への流れを制御するためのアンプル入口バルブ３３１を有する。ＤＬＩシステム３００は、アンプルアセンブリ３１０を出る液体前駆体及びプッシュガスの流れを制御するためのアンプル出口バルブ３４１を含む出口ライン３４０も含む。
【００４２】
バイパスライン３５０は、入口ライン３３０と出口ライン３４０とを接続する。バイパスライン３５０は、出口隔離バルブ３１６ａの下流にバイパスバルブ３５１を含む。バイパスバルブ３５１は、キャリアガスをアンプルアセンブリ３１０に流し込むことなく、プッシュガスが、入口ライン３３０から流れて、出口ライン３４０をパージすることを可能にする。例えば、アンプルアセンブリ３１０が存在しない場合、バイパスバルブ３５１を開いて、プッシュガスの流れを可能にすることができる。いくつかの実施態様では、バイパスライン３５０及びバイパスバルブ３５１は、アンプル入口バルブ３３１の上流にある。一又は複数の実施態様では、バイパスライン３５０は、アンプル入口バルブ３３１の下流の入口ライン３３０に接続する。いくつかの実施態様では、バイパスライン３５０及びバイパスバルブ３５１は、アンプル出口バルブ３４１の下流の出口ライン３４０と連通している。一又は複数の実施態様では、バイパスライン３５０は、アンプル出口バルブ３４１の上流で出口ライン３４０に接続する。いくつかの実施態様では、バイパスライン３５０は、アンプル入口バルブ３３１の上流の入口ライン３３０に接続且つ流体連結し、アンプル出口バルブ３４１の下流の出口ライン３４０に接続且つ流体連結する。いくつかの実施態様では、バイパスライン３５０は、アンプル入口バルブ３３１の下流の入口ライン３３０に接続且つ流体連結し、アンプル出口バルブ３４１の上流の出口ライン３４０に接続且つ流体連結する。
【００４３】
ＤＬＩシステム３００は、気化器アセンブリ３６０をさらに含む。気化器アセンブリ３６０は、液体反応物を気化し、気化した反応物を通常キャリアガスと一緒に処理チャンバ、例えば処理チャンバ３０６へ流すよう動作可能である。気化器アセンブリ３６０は、二つの入力、つまり、入力ライン３６２を介してアンプルアセンブリ３１０と、及び入力ライン３７２を介してキャリアガス源３７０と接続している。気化器アセンブリ３６０は、処理チャンバ、例えば処理チャンバ３０６へ接続し得る出口ライン３７４を有する。
【００４４】
気化器アセンブリ３６０は、適切な液体反応物、例えば、アルミニウム含有前駆体、シラン含有前駆体、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、水等を気化するのに使用され得る。液体は膨張によって蒸気に変換し、蒸気は、キャリアガス源３７０により供給されるキャリアガス、例えば、ヘリウム、窒素又はアルゴンによって処理チャンバ３０６に流れる。
【００４５】
気化器アセンブリ３６０は、液体反応物を気化するよう動作可能な注入バルブ３８０と、注入バルブ３８０へ流された液体反応物の流量を測定するよう動作可能な液体流量計３８２とを含む。注入バルブ３８０は、内部領域３８３を画定するバルブ本体３８１を含む。注入バルブ３８０は、内部領域３８３及びキャリアガス源３７０と流体連結した気体入口ポート３８６をさらに含む。注入バルブ３８０は、内部領域３８３及びアンプルアセンブリ３１０と流体連結した液体入口ポート３８４をさらに含む。注入バルブ３８０は、内部領域３８３及び処理チャンバ３０６と流体連結した蒸気出口ポート３８７をさらに含む。注入バルブ３８０は、注入バルブ３８０を通る流体の流れを制御するための、ダイヤフラム、アクチュエータ（例えば圧電アクチュエータ）、及びピストンなどの追加の構成要素を含み得る。
【００４６】
一実施態様では、液体流量計３８２の入口は入力ライン３７２に接続しており、液体流量計３８２の出口は注入バルブ３８０の液体入口ポート３８４に接続している。キャリアガスを含有するキャリアガス源３７０は、キャリアガス源３７０により供給されるキャリアガスを加熱するヒータ３８８を通って注入バルブ３８０の気体入口ポート３８６に接続している。
【００４７】
コントローラ３９０を設けて処理チャンバ３０６及びＤＬＩシステム３００の様々な構成要素に接続させて、それらの動作を制御し得る。コントローラ３９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３９２、メモリ３９４、及び支援回路３９６を含む。コントローラ３９０は、直接、又は特定の処理チャンバ及び／若しくは支援システム構成要素に関連するコンピュータ（若しくはコントローラ）を介して、ＤＬＩシステム３００を制御することができる。コントローラ３９０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであり得る。コントローラ３９０のメモリ又はコンピュータ可読媒体３９４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの一又は複数とすることができる。支援回路３９６は、従来の方式でプロセッサを支援するためにＣＰＵ３９２に連結される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。本明細書に記載される方法は、本明細書に記載される方式でＤＬＩシステム３００及び／又は処理チャンバ３０６の動作を制御するために実行する又は呼び出すことができるソフトウェアルーチンとして、メモリ３９４内に記憶させることができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ３９２によって制御されるハードウェアから遠隔に位置付けられた第２のＣＰＵ（図示せず）によっても、格納及び／又は実行され得る。一実施態様では、コントローラ３９０は、液体反応物の注入バルブ３８０への流量を制御するよう動作可能である。一実施態様では、コントローラ３９０は、気化器アセンブリ３６０に接続されており、流体の気化器アセンブリ３６０への及びそれからの流量を制御し、気化器アセンブリ３６０の性能をモニターするよう動作可能である。
【００４８】
動作中、液体前駆体、例えば水は、アンプルアセンブリ３１０に貯蔵される。プッシュガスは、プッシュガス源３２０から入口ライン３３０を介してキャニスタ３１９へ流れ、液体前駆体をキャニスタ３１９から押し出して出口ライン３４０へ押し込む。出口ライン３４０を通って入力ライン３６２に入る加圧された液体前駆体の流れは、液体流量計３８２及びコントローラ３９０によって調節される。注入バルブ３８０は、液体入口ポート３８４を介して加圧された液体前駆体を受け取る。加圧され加熱されたキャリアガスは、キャリアガス源３７０から供給され、ヒータ３８８により加熱される。加熱され加圧されたキャリアガスは、気体入口ポート３８６を介して注入バルブ３８０へ入る。一実施態様では、加圧された液体前駆体が加熱キャリアガスへ注入されるときに、加熱キャリアガス中の液体前駆体の熱及び低い部分蒸気圧によって液体前駆体が気化するように、注入バルブ３８０は加熱される。いくつかの実施態様では、高いキャリアガス圧力は、キャリアガス内の処理液体の部分蒸気圧を下げることにより、液体前駆体の気化を増加させる。その後、気化した液体前駆体は、出力ライン３７４を介して処理チャンバ３０６へ供給される。
【００４９】
図４Ａは、本明細書に記載される一又は複数の実施態様に係る、液体供給システム、例えばＤＬＩシステム３００を有する蒸発装置４００の概略上面図を示す。図４Ｂは、図４Ａに示した蒸発装置４００の概略正面図を示す。図４Ｃは、図４Ａに示した蒸発装置４００の概略上面図を示す。蒸発装置４００は、本明細書に記載されるセラミックコーティングセパレータを形成するのに使用され得る。例えば、蒸発装置は、超薄セラミックコーティング、例えばセラミック含有層１３３をフレキシブルな導電性基板、例えば多孔性ポリマー基板１３１に堆積させるのに使用され得る。
【００５０】
いくつかの実施態様では、図４Ａ及び図４Ｂで示されているように、蒸発装置４００は、フレキシブル基板４６０上に堆積されるべき蒸発した材料の蒸気４５１を生成するための、第１の方向に沿って、例えば、図４Ａで示すｘ方向に沿って、第１のライン４２０で整列した蒸発るつぼの第１のセット４１０を含む。一実施態様では、フレキシブル基板４６０は、多孔性ポリマー基板、例えば多孔性ポリマー基板１３１を含む。
【００５１】
図４Ａを参照すると、典型的に、堆積処理の間、フレキシブル基板４６０はｙ方向に移動する。図４Ａに示す蒸発るつぼの第１のセット４１０は、るつぼ４１１から４１７を含む。さらに、図４Ｃで示すように、蒸発装置４００は、第１の方向に延在し且つ蒸発るつぼの第１のセット４１０と処理ドラム４７０との間に配置されたガス供給パイプ４３０を含む。一実施態様では、ガス供給パイプ４３０は、ＤＬＩシステム３００と流体的に結合している。図４Ｃで示すように、典型的に、ガス供給パイプ４３０は、蒸発した材料の蒸気４５１の中へと方向付けられるガス供給をもたらすための複数の出口４３３を含む。さらに、図４Ｂの両矢印で示すように、蒸発装置は、複数の出口の位置が、蒸発した材料の蒸気４５１の中へと方向付けられるガス供給の位置を変更するために、調節可能であるように構成されている。
【００５２】
したがって、本明細書に記載される蒸発装置４００は、反応性蒸発処理用の蒸発装置であり得る。いくつかの実施態様では、本明細書に記載されたるつぼは、コーティングされる基板上に蒸発した材料を供給するように適合され得る。例えば、るつぼは、基板上の層として堆積される材料の一成分を供給し得る。具体的には、本明細書に記載されたるつぼは、るつぼ内で蒸発される金属、例えば、アルミニウムを含み得る。さらに、るつぼからの蒸発した材料は、フレキシブル基板上に本明細書に記載されるセラミック含有層を形成するために、蒸発装置内でさらなる成分、例えば、水蒸気、湿り酸素、酸素などの反応性ガス、及び／又は酸素含有プラズマなどのプラズマと反応し得る。したがって、るつぼからのアルミニウムは、水蒸気、湿り酸素、酸素、及び／又は本明細書に記載される酸素含有プラズマと一緒になって、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＡｌＯｘ、Ａｌ２Ｏ３の層、及び／又はＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＯｘの混合層を本明細書に記載される実施態様による蒸発装置中のフレキシブル基板上に形成し得る。本明細書に記載された実施態様の観点から、当業者であれば、熱蒸発によって材料の蒸気圧が実現し得る限り、任意の材料、特に任意の金属をるつぼ内の材料として使用できることを理解する。
【００５３】
図４Ｂに例示するように、処理中、フレキシブル基板４６０は、蒸発した材料の蒸気４５１によって示されるように、蒸発るつぼの第１のセット４１０によって蒸発した材料に曝される。さらに、処理中、ガス供給及び／又はプラズマは、蒸発した材料の一部が供給されたガス及び／又はプラズマと反応し得るように、蒸発した材料の蒸気４５１へと方向付けられる。したがって、処理中、フレキシブル基板４６０が、（例えば、るつぼ及びガス供給パイプによって供給された成分の反応生成物の形態の）るつぼによって蒸発した材料と供給されたガス及び／又はプラズマとを含む層でコーティングされるように、フレキシブル基板４６０は、供給されたガス及び／又はプラズマと反応した蒸発した材料にさらに曝される。
【００５４】
図５は、本開示の一又は複数の実施態様に係る、セラミックコーティングを基板上に形成するための方法の一実施態様の概要を表すプロセスのフロー図５００を示す。一実施態様では、この方法はコンピュータ可読媒体上に記憶される。一実施態様では、方法は、ＤＬＩシステム３００及び蒸発装置４００を使用して実施される。
【００５５】
工程５１０では、基板が設けられる。一実施態様では、基板は、多孔性ポリマー基板１３１などの多孔性ポリマー基板である。一実施態様では、基板はフレキシブル基板４６０である。一実施態様では、セラミック含有層１３３は、多孔性ポリマー基板１３１以外の基板上に形成される。例えば、セラミック含有層１３３は、フレキシブルな材料、導電性膜、箔、ウェブ、プラスチック材料のストリップ、金属、又は紙から選択される基板上に形成される。一例では、セラミック含有層１３３は、例えば銅基板又はアルミニウム基板などの金属基板上に形成される。別の例では、セラミック含有層１３３は、電流コレクタ１５０（例えば銅基板）上に形成され得る負電極１４０（例えばリチウム金属膜）などの膜上に形成される。
【００５６】
動作５２０で、基板は場合によっては冷却プロセスに供される。一実施態様では、基板は、−２０℃から室温（すなわち、２０〜２２℃）の間の温度（例えば、−１０℃及び０℃）に冷却され得る。一実施態様では、基板は、処理中に基板が上方を移動する処理ドラムを冷却することによって冷却され得る。基板を冷却するため、他の能動的な冷却手段が使用されてもよい。動作５３０の蒸発プロセスに先立って基板を冷却することが有利なため、蒸発プロセス中、基板１３１は１，０００℃を超える温度にさらされてもよい。
【００５７】
動作５３０において、基板上に堆積される材料は、蒸発プロセスに曝され、処理領域内で基板に堆積される材料を蒸発させる。一実施態様では、蒸発する材料はアルミニウム含有材料である。別の実施態様では、蒸発する材料はシリコン含有材料である。蒸発した材料は、蒸発プロセス中に蒸発し、基板がコーティングされる材料である。堆積される材料（例えば、アルミニウム）は、るつぼ内に提供され得る。堆積される材料は、例えば、熱蒸発技法又は電子ビーム蒸発技法によって蒸発し得る。堆積される材料（例えばシリコン）は、電子ビーム蒸発技法を使用して蒸発し得る。別の実施態様では、堆積される材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ）技法を使用して堆積される。例えば、一実施態様では、堆積される材料はＡｌ２Ｏ３であり、これはＡＬＤプロセスにより堆積される。
【００５８】
いくつかの実施態様では、蒸発する材料は、ワイヤとしてるつぼに供給される。この場合、供給速度及び／又はワイヤの直径は、蒸発材料と反応性ガスの目標の比率が実現されるように選択される。いくつかの実施態様では、るつぼへの供給のための供給ワイヤの直径は、０．５ｍｍから２．０ｍｍの間（例えば、１．０ｍｍから１．５ｍｍの間）で選択される。これらの寸法は、蒸発材料でできたいくつかの供給ワイヤを表わし得る。一実施態様では、ワイヤの供給速度は、５０ｃｍ／分から１５０ｃｍ／分の間（例えば、７０ｃｍ／分から１００ｃｍ／分の間）の範囲である。
【００５９】
動作５４０で供給される反応ガス及び／又はプラズマと反応して、セラミック含有層、例えばセラミック含有層１３３で基板１３１をコーティングする蒸気（例えばアルミニウム蒸気）を生成するために、るつぼは加熱される。典型的には、るつぼは、るつぼの電極に電圧を加えることにより加熱される。るつぼの電極は、るつぼの両側に位置付けされる。
【００６０】
いくつかの実施態様では、蒸発ユニットは、典型的に、１，３００℃と１，６００℃の間の温度、例えば１，５６０℃まで加熱可能である。るつぼの加熱は、るつぼを通る電流を適宜調整することによって、又は、放射を適宜調整することによって実施され得る。典型的には、るつぼ材料は、その安定性が当該範囲内の温度によって悪影響されないように選択される。典型的には、多孔性ポリマー基板１３１の速度は２０ｃｍ／分から２００ｃｍ／分の間の範囲内、より典型的には８０ｃｍ／分から１２０ｃｍ／分の間の範囲内にあり、例えば、１００ｃｍ／分となる。これらのケースでは、移送のための手段は、基板をこれらの速度で移送することができなければならない。
【００６１】
動作５４０において、蒸発した材料は、気化した反応物及び／又はプラズマと反応して、セラミック含有層、例えばセラミック含有層１３３を基板の表面上に形成する。本明細書に記載される他の実施態様と組み合わせることができるいくつかの実施態様によれば、気化した反応ガスは、水蒸気、湿り酸素、酸素含有ガス、及び／又は窒素含有ガスを含む、それらからなる、又は実質的にそれらからなる群より選択され得る。プラズマは、窒素含有プラズマ、酸素含有プラズマ、又はそれらの組み合わせであってもよい。本明細書に記載される実施態様で使用され得る酸素含有ガスの例には、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸素ラジカル（Ｏ＊）、又はこれらの組み合わせが含まれる。本明細書に記載される実施態様で使用され得る窒素含有ガスの例には、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＨ３、又はこれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施態様によれば、追加のガス、アルゴンなどの典型的な不活性ガスを、気化した反応ガスを含む混合ガスに追加することができる。よって、気化した反応ガスの量は、より容易に制御することができる。本明細書に記載される他の実施態様と組み合わせることができるいくつかの実施態様によれば、プロセスは、１＊１０−２ｍｂａｒから１＊１０−６ｍｂａｒ（例えば、１＊１０−３ｍｂａｒ以下、１＊１０−４ｍｂａｒ以下）の典型的な気圧の真空環境で実行され得る。
【００６２】
一実施態様では、この方法は、処理チャンバ中でアルミニウム蒸気を形成すること、酸素ガスを処理チャンバへ供給すること、及びＤＬＩシステム、例えば本明細書に記載されるようなＤＬＩシステム３００を使用して水分（例えば水蒸気）を処理チャンバへ供給することを含む。処理領域へ供給されたアルミニウム蒸気、酸素、及び水分の制御は、アルミニウムの気化速度を制御すること（例えば、ボード温度及びアルミニウムワイヤ供給を制御すること）、質量流量コントローラを介して酸素流量を制御すること、及びＤＬＩシステムを介して水分供給を制御することにより達成され得る。
【００６３】
別の実施態様では、蒸発した材料の酸化は、ＤＬＩユニットからの蒸気の直接注入により実施される。一例として、シリコンは、電子ビームを使用して蒸発し、部分的に酸化して、基板、例えば銅電流コレクタ又は金属化プラスチック電流コレクタ上で非化学量論的なＳｉＯｘ（０≦ｘ≦２）、Ｓｉ（ＯＨ）ｘ（０≦ｘ≦２）、ＳｉＯｘＨｙ（０≦ｘ，ｙ≦２）材料になり、ＳｉＯｘ／Ｓｉ（ＯＨ）ｘアノードが形成される。
【００６４】
一実施態様では、セラミック含有層は、ＳｉＯｘ（０≦ｘ≦２）、Ｓｉ（ＯＨ）ｘ（０≦ｘ≦２）、ＳｉＯｘＨｙ（０≦ｘ，ｙ≦２）、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）、ＡｌｘＯｙ（０≦ｘ，ｙ≦３）、又はＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）の混合層から選択される。
【００６５】
動作５５０では、堆積したセラミック含有層のオプションの堆積後処理が実施される。
オプションの堆積後処理には、堆積したセラミック含有層を圧縮する堆積後プラズマ処理が含まれることがあり、付加的な「機能化」プロセス、例えば、Ａｌ２Ｏ３を形成するＡｌＯｘの完全な酸化、又は膜の穿刺抵抗性を高めるポリマー材料の堆積が実行され得る。
【００６６】
要約すると、本開示の利益のいくつかには、多孔性プラスチック基板の熱収支内の温度で、多孔性プラスチック基板上に直接薄膜（例えば、セラミック）を効率的に堆積させることが含まれる。いくつかの実施態様では、低い熱負荷での薄膜の多孔性プラスチック基板上への堆積のために、液体蒸気を処理チャンバへ供給するための直接液体注入（ＤＬＩ）システムが、提供される。一実施態様では、液体水は気化され、アルミニウム蒸気の酸化が生じて薄膜（例えば、ＡｌＯ（ＯＨ））を低温（例えば、プラスチック基板の溶融温度未満の温度）でプラスチック基板（例えばポリプロピレン及びポリエチレン）上に製造及び堆積させる処理チャンバへ供給される。よって、本明細書に記載されるシステムのいくつかの実施態様は、熱負荷を減少させ、このことは、感熱性基板への薄膜の堆積を可能にする。
【００６７】
本開示の要素、又はそれらの例示的な態様又は実施態様（複数可）を紹介する場合の、「１つの（ａ、ａｎ）」及び「前記（ｔｈｅ、ｓａｉｄ）」という冠詞は、要素のうちの一又は複数が存在していることを意味するためのものである。
【００６８】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という語は、包括的であることが意図されており、列挙された要素以外にもさらなる要素があり得ることを意味する。
【００６９】
以上の記述は本開示の実施態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施態様及びさらなる実施態様が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
2021536528.tif 000003
【図２】
2021536528.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月12日(2021.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すよう動作可能な気化器アセンブリであって、
液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、及び気化した反応物を供給するよう動作可能な注入バルブであって、
中に内部領域を包含するバルブ本体；
内部領域と流体連結した気体入口ポート；
内部領域と流体連結した液体入口ポート；及び
内部領域と流体連結した蒸気出口ポート；
を含む注入バルブと、
第１の入口ラインであって、
液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
液体源と結合する第２の端部；
を含む第１の入口ラインと、
第２の入口ラインであって、
気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；
キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部；及び
第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータ；
を含む第２の入口ラインと、
を含む気化器アセンブリ
を含む、装置。
【請求項２】
装置であって、
液体反応物を供給するよう動作可能なアンプルアセンブリであって、
内部空間を包含する、側壁、頂面、及び底面を含むキャニスタ；及び
内部空間と流体連結した入口ポート及び出口ポート；
を含むアンプルアセンブリと、
第３の入口ラインであって、
アンプルアセンブリの入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
プッシュガス源と接続される第２の端部；
を含む第３の入口ラインと、
第１の出口ラインであって、
アンプルアセンブリの出口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
第１の入口ラインの第２の端部と流体的に結合した第２の端部
を含む第１の出口ラインと、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
プッシュガス源が、ヘリウム、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせから選択されるガスを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
注入バルブへ流される液体反応物の流量を測定するよう動作可能な第１の入口ラインの第１の端部と第２の端部との間に配置された液体流量計をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
液体反応物が、シラン含有前駆体、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、又は水から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
キャリアガス源が、ヘリウム、窒素又はアルゴンから選択されるガスを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
システムであって、
処理チャンバ；並びに
気化した前駆体を処理チャンバへ供給するよう動作可能な直接液体注入システムであって、
液体反応物を気化し、気化した反応物を処理チャンバへ流すよう動作可能な気化器アセンブリであって、
液体反応物を受け取り、液体反応物を気化し、及び気化した反応物を供給するよう動作可能な注入バルブであって、
中に内部領域を包含するバルブ本体；
内部領域と流体連結した気体入口ポート；
内部領域と流体連結した液体入口ポート；及び
内部領域と流体連結した蒸気出口ポート；
を含む注入バルブと、
第１の入口ラインであって、
液体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
液体源と結合する第２の端部；
を含む第１の入口ラインと、
第２の入口ラインであって、
気体入口ポートと流体的に結合した第１の端部；
キャリアガス源と流体的に結合した第２の端部；及び
第１の端部と第２の端部との間に配置されたヒータ；
を含む第２の入口ラインと、
を含む気化器アセンブリ
を含む直接液体注入システム
を含む、システム。
【請求項８】
直接液体注入システムが、
液体反応物を供給するよう動作可能なアンプルアセンブリであって、
中に内部空間を包含する、側壁、頂面、及び底面を含むキャニスタ；及び
内部空間と流体連結した入口ポート及び出口ポート；
を含むアンプルアセンブリと、
第３の入口ラインであって、
アンプルアセンブリの入口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
プッシュガス源と接続される第２の端部；
を含む第３の入口ラインと、
第１の出口ラインであって、
アンプルアセンブリの出口ポートと流体的に結合した第１の端部；及び
第１の入口ラインの第２の端部と流体的に結合した第２の端部
を含む第１の出口ラインと、
をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
プッシュガス源が、ヘリウム、窒素、アルゴン、又はそれらの組み合わせから選択されるガスを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
注入バルブへ流される液体反応物の流量を測定するよう動作可能な第１の入口ラインの第１の端部と第２の端部との間に配置された液体流量計をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
液体反応物が、シラン含有前駆体、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、又は水から選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
キャリアガス源が、ヘリウム、窒素又はアルゴンから選択されるガスを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
処理チャンバが一又は複数の蒸発るつぼを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
方法であって、
プッシュガス源からのプッシュガスを、液体前駆体を含有するアンプルアセンブリへ供給して、液体前駆体を加圧すること；
加圧した液体前駆体を気化器へ供給すること；
気化器中の加圧した液体前駆体を気化して、気化した反応物を形成すること；
気化した反応物を処理チャンバ中の処理領域へ供給すること；及び
気化した反応物を蒸発した前駆体及びプラズマと反応させて、処理領域中に配置された基材上にセラミック含有層を堆積させること；
を含む、方法。
【請求項１５】
蒸発した前駆体が、アルミニウム含有前駆体及びシリコン含有前駆体から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
気化した反応物が水蒸気である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
プラズマが酸素含有プラズマである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
酸素ガスを処理領域へ供給することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
基材が、多孔性ポリマー基材、銅基材、又はカソード基材から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
セラミック含有層が、ＳｉＯｘ（０≦ｘ≦２）、Ｓｉ（ＯＨ）ｘ（０≦ｘ≦２）、ＳｉＯｘＨｙ（０≦ｘ，ｙ≦２）、ＡｌＯ（ＯＨ）、ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）、ＡｌｘＯｙ（０≦ｘ，ｙ≦３）、又はＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ２Ｏ３／ＡｌＯｘ（０≦ｘ≦２）の混合層から選択される、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
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