(57)【要約】  電荷蓄積繊維（ファイバ）が記述される。一実施形態において、当該電荷蓄積繊維は、フレキシブル導電性繊維と、フレキシブル導電性繊維上の誘電体コーティングと、誘電体コーティング上の金属コーティングとを含む。一実施形態において、当該電荷蓄積繊維は、織物ベースの生産物上に取り付けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル導電性繊維と、
前記フレキシブル導電性繊維上の誘電体コーティングと、
前記誘電体コーティング上の金属コーティングと、
を有する電荷蓄積繊維。
【請求項２】
前記フレキシブル導電性繊維は、フレキシブル絶縁性繊維と、該フレキシブル絶縁性繊維上の第１金属コーティングとを有し、前記誘電体コーティングは該第１金属コーティング上にある、請求項１に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項３】
前記第１金属コーティングは前記誘電体コーティングより長い、請求項２に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項４】
前記誘電体コーティングは前記金属コーティングより長い、請求項３に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項５】
前記金属コーティング上の第２誘電体コーティングと、
前記第２誘電体コーティング上の第３金属コーティングと、
を更に有する請求項２に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項６】
前記第３金属コーティングは前記第１金属コーティングと電気的に接触している、請求項５に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項７】
前記金属コーティングは前記第１金属コーティング及び前記第３金属コーティングから電気的に分離されている、請求項５に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項８】
前記フレキシブル導電性繊維はフレキシブル金属ワイヤであり、前記誘電体コーティングは該フレキシブル金属ワイヤ上にある、請求項１に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項９】
前記フレキシブル導電性繊維は、フレキシブル半導体ワイヤであり、又は、前記フレキシブル導電性繊維は、フレキシブル繊維と該フレキシブル繊維上の半導体コーティングとを有する、請求項１に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項１０】
当該電荷蓄積繊維は更に、前記フレキシブル半導体ワイヤ上の第１金属コーティングを有し、前記誘電体コーティングは該第１金属コーティング上にある、請求項９に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項１１】
当該電荷蓄積繊維は更に、前記半導体コーティング上の第１金属コーティングを有し、前記誘電体コーティングは該第１金属コーティング上にある、請求項９に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項１２】
前記誘電体コーティングは、前記第１金属コーティングの遠位端を取り囲み、前記金属コーティングは、前記誘電体コーティングの遠位端を取り囲み、且つ前記第１金属コーティングから電気的に分離されている、請求項２に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項１３】
当該電荷蓄積繊維は更に、
前記金属コーティングの近位端を取り囲む、前記金属コーティング上の第２誘電体コーティングと、
前記第２誘電体コーティングの近位端を取り囲む、前記第２誘電体コーティング上の第３金属コーティングと
を有し、
前記第３金属コーティングは前記金属コーティングから電気的に分離されている、
請求項１２に記載の電荷蓄積繊維。
【請求項１４】
近位部、中央部、及び遠位部を有するフレキシブル半導体ファイバと、
前記フレキシブル半導体ファイバの前記中央部上の誘電体コーティングであり、前記半導体ファイバの前記近位部又は前記遠位部の上には形成されていない誘電体コーティングと、
前記誘電体コーティング上の金属コーティングであり、前記半導体ファイバの前記近位部又は前記遠位部を覆っていない金属コーティングと、
を有するパストランジスタファイバ。
【請求項１５】
前記フレキシブル半導体ファイバは、フレキシブル絶縁性繊維と、該フレキシブル絶縁性繊維上の半導体コーティングとを有する、請求項１４に記載のパストランジスタファイバ。
【請求項１６】
前記フレキシブル半導体ファイバは半導体ワイヤを有する、請求項１４に記載のパストランジスタファイバ。
【請求項１７】
フレキシブル繊維と、
前記繊維の周囲に形成されたパストランジスタと、
前記繊維の周囲に形成されたキャパシタと
を有し、
前記パストランジスタと前記キャパシタとが、前記フレキシブル繊維に沿って直列接続されている、
マルチコンポーネントファイバ。
【請求項１８】
前記フレキシブル繊維は、内側の絶縁性繊維と、該内側の絶縁性繊維上の半導体コーティングとを有する、請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項１９】
前記フレキシブル繊維は半導体ワイヤを有する、請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２０】
前記キャパシタは、シングルウォールキャパシタ又はダブルウォールキャパシタを有する、請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２１】
前記キャパシタは、インターディジテート型のキャパシタを有する、請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２２】
前記キャパシタの金属コーティングが、前記パストランジスタのソース又はドレインの上に形成されている、請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２３】
織物ベースの生産物に取り付けられるか織り込まれるかの何れかである、請求項１に記載の電荷蓄積繊維、請求項１４に記載のパストランジスタ、又は請求項１７に記載のマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２４】
前記織物ベースの生産物は、衣類及び着用可能アクセサリから成る群から選択される、請求項２３に記載の電荷蓄積繊維、パストランジスタ、又はマルチコンポーネントファイバ。
【請求項２５】
電荷蓄積デバイスを製造する方法であって、
フレキシブル導電性繊維を誘電体堆積チャンバに通している間に、前記フレキシブル導電性繊維上に誘電体コーティングを堆積することと、
前記フレキシブル導電性繊維を金属堆積チャンバに通している間に、前記フレキシブル導電性繊維上に金属コーティングを堆積することと、
を有する方法。
【請求項２６】
前記誘電体堆積チャンバ又は前記金属堆積チャンバは化学気相成長チャンバである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
複数のフレキシブル導電性繊維を前記誘電体堆積チャンバに通している間に、前記複数のフレキシブル導電性繊維上に複数の誘電体コーティングを同時に堆積することと、
前記複数のフレキシブル導電性繊維を前記金属堆積チャンバに通している間に、前記複数のフレキシブル導電性繊維上に複数の金属コーティングを同時に堆積することと、
を更に有する請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記フレキシブル導電性繊維を、１つ以上の誘電体堆積チャンバと１つ以上の金属堆積チャンバとに交互に通すことで、繊維状円筒形キャパシタ、繊維状円筒形キャパシタと直列にされたパストランジスタ、及び繊維状円筒形マルチウォールキャパシタ、から成る群から選択された構造を形成すること、を更に有する請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル電子装置用、特にウェアラブル電子装置用のスーパーキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル（可搬式）電子装置はしばしば、手で握られ、ベルトに取り付けられ、等々され、かさばるものとなる傾向にある。ポータブルエレクトロニクスはまた、電源コンセント又はポータブル発電機が利用可能でないとき、電池電力に頼っている。多くのポータブル電子装置の小型さと組み合わさって、このことがしばしば意味することは、ポータブル電子装置に電力供給するために、高価な電池を使用しなければならないということである。電池はまた、規則的に充電される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一実施形態によれば、電荷蓄積繊維（ファイバ）が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態において、当該電荷蓄積繊維は、フレキシブル導電性繊維と、フレキシブル導電性繊維上の誘電体コーティングと、誘電体コーティング上の金属コーティングとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態に従ったフレキシブル繊維を例示する斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に従った単線キャパシタを例示する斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に従った二線キャパシタを例示する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に従った単線キャパシタを例示する斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に従ったパストランジスタを例示する斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを例示する斜視図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを例示する斜視図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従ったキャパシタに流れる電流を例示する斜視図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態に従ったキャパシタ内に保管される電荷を例示する斜視図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態に従ったキャパシタから流れる電流を例示する斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に従った単線キャパシタを製造するためのシステムを例示する斜視図である。
【図９】本発明の実施形態に従った単線キャパシタを製造するためのシステムを例示する斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った繊維部品を製造するためのシステムを例示する斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１８】本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図である。
【図１９Ａ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｃ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｄ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｅ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｆ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｇ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図１９Ｈ】本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。
【図２０】本発明の実施形態に従ったウェアラブル電子装置と統合されたマルチコンポーネントファイバを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
様々な実施形態において、図面を参照して電荷蓄積繊維及びその形成方法を説明する。しかしながら、特定の実施形態は、それらの具体的詳細事項のうちの１つ以上を用いずに実施されてもよいし、あるいは、その他の既知の方法及び材料と組み合わせて実施されてもよい。以下の記載においては、本発明の完全なる理解を提供するために、例えば具体的な材料、寸法及びプロセスなどの、数多くの具体的詳細事項が説明される。また、本発明をいたずらに不明瞭にすることがないよう、周知の半導体プロセス及び製造技術については、とりわけ詳細には記載していない。本明細書全体での“一実施形態”への言及は、その実施形態に関して記述される特定の機構、構造、材料又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。故に、本明細書全体の様々な箇所で“一実施形態において”という言い回しが現れることは、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及するものではない。また、それら特定の機構、構造、材料又は特徴は、１つ以上の実施形態において好適に組み合わされ得る。
【０００７】
一態様において、本発明の実施形態は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）及び原子層成長（ＡＬＤ）などの半導体製造技術を、フレキシブル（柔軟）な電荷蓄積繊維（ファイバ）を形成するための処理シーケンスに統合する。本発明の実施形態を利用する際、期待されることには、フレキシブル繊維の周囲に巻かれた金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタ構造を含む単純な単線（シングルワイヤ）スーパーキャパシタ構造で、およそ５０フェムトファラッド毎平方ミクロン（５０ｆＦ／μｍ２）に至るまでのフレキシブル繊維表面を達成することができる。例えば、典型的なサイズ６９ナイロンのフレキシブル繊維は、０．２５ｍｍの直径（０．８ｍｍの外周）を有する。ｘ次元及びｙ次元の各々（シングルプライ）において８０糸（スレッド）／ｃｍでこの繊維が織られること、及び１平方メートルの表面積の織り糸を仮定すると、これは、単層ＭＩＭスーパーキャパシタ構造で０．２５Ｆのキャパシタンスを生み出す。キャパシタ層の数を増加させることにより、キャパシタンスを層ごとに０．２５Ｆずつ増大させることができる。斯くして、この柔軟な電荷蓄積繊維を、衣類自体の生地として使用することができ、あるいは、ポータブル電子装置の充電のため又はポータブル電子装置自体の一部としての何れかで、衣類に取り付けることができる。
【０００８】
他の一態様において、本発明の一部の実施形態により、柔軟な導電性の繊維を用いて特有の繊維部品を形成する手法が記述される。例えば、フレキシブル導電性繊維は、被覆（コート）された繊維構造又は被覆されていない繊維構造とし得る。一実施形態において、フレキシブル導電性繊維は、金属コーティング又は半導体コーティングで被覆された絶縁性のフレキシブル繊維を含むことができる。一実施形態において、フレキシブル導電性繊維は、フレキシブル金属ワイヤ又はフレキシブル半導体ナノワイヤとすることができる。多様な構成が本発明の実施形態によって想定される。
【０００９】
ここで図１を参照するに、本発明の実施形態に従ったフレキシブル繊維を例示する斜視図が提示されている。フレキシブル繊維１００は、少なくとも１００℃という化学気相成長（ＣＶＤ）装置又は原子層成長（ＡＬＤ）装置などの半導体デバイス製造装置の最低堆積温度に耐えることが可能な多様な好適な織物材料で形成され得る。ＣＶＤ及びＡＬＤ堆積技術は、フレキシブル繊維の周囲に再現可能で均一なコーティングを提供するのに特に好適であり得る。表１に、好適なフレキシブル繊維材料の非排他的なリストを、何れもセ氏温度での、溶融温度、軟化／固着温度、及び織物に関する安全なアイロンがけ温度、に関する入手可能な情報とともに提示する。
【表１】
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【００１０】
次いで図２を参照するに、本発明の実施形態によれば、図１の繊維１００上に単線（シングルワイヤ）キャパシタ２００を形成することができる。例示のように、フレキシブル繊維１００上に第１金属（Ｍ１）コーティング１１０が堆積される。第１金属（Ｍ１）コーティング１１０上に誘電体（Ｅ１）コーティング１２０が堆積され、Ｅ１コーティング１２０上に第２金属（Ｍ２）コーティング１３０が堆積される。結果として得られる構造は、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタ構造となり得る。繊維１００が直径０．２５ｍｍのサイズ６９ナイロンで形成される例示実施形態において、ＭＩＭ部分のキャパシタ厚さは繊維１００より２５００倍薄くなり得る。このような一実施形態において、層１１０、１２０、１３０を含むＭＩＭ部分は０．１μｍ厚さである。
【００１１】
Ｍ１及びＭ２コーティング１１０、１３０は、以下に限られないが例えばＴｉ、ＴｉＷ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｌなど、ＣＶＤ又はＡＬＤを用いて堆積されることが可能な如何なる好適金属で形成されてもよい。Ｅ１コーティング１２０は、キャパシタを形成するのに好適な如何なる誘電体材料で形成されてもよく、低誘電率材料又は高誘電率材料を含んでいてもよい。例えば、Ｅ１コーティング１２０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＴａＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＳｒＴｉＯ２、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成され得る。これら金属層及び誘電体層の厚さは、具体的な用途に合わせて様々とすることができ、より厚い誘電体層ほど、また、より高い誘電率を有する誘電体層ほど、より高いキャパシタンス（又はスーパーキャパシタンス）を電荷蓄積繊維に提供する。
【００１２】
次いで図３を参照するに、本発明の実施形態によれば、図２の単線キャパシタ２００上に二線（ダブルワイヤ）キャパシタ３００を形成することができる。斯くして、達成可能なキャパシタンスが、単線キャパシタと比較して実効的に倍にされ得る。図示のように、Ｍ２コーティング１３０の形成の後に、Ａ−Ｂ間の被覆領域上で、Ｍ２コーティング１３０及びＥ１コーティング１２０の上に、第２誘電体（Ｅ２）コーティング１４０が形成される。そして、Ｃ−Ｄ間の被覆領域上で、Ｅ２コーティング１４０、Ｅ１コーティング１２０及びＭ１コーティング１１０の上に、第３金属（Ｍ３）コーティング１５０が堆積される。これは実効的に、Ｍ１コーティング１１０をＭ３コーティング１５０に短絡させて１つの電極を形成し、他方の電極は、Ｅ１／Ｅ２コーティング１２０、１４０間に挟まれたＭ２コーティング１３０であって、Ｍ１及びＭ３コーティング１１０、１５０から電気的に分離（アイソレート）される。
【００１３】
図４は、本発明の実施形態に従った単線キャパシタ４００を例示する斜視図である。例示の実施形態において、最も内側のワイヤはフレキシブル金属ワイヤ４０２である。フレキシブル金属ワイヤ４０２は、如何なる金属材料で形成されてもよく、また、ドロープレートを介して引き上げられることを含め、多様な方法によって形成され得る。従って、フレキシブル金属ワイヤ４０２は、Ｍ１及びＭ２コーティング１１０、１３０と同じ材料や、銅を含むその他の材料で形成され得る。フレキシブル金属ワイヤ４０２上に誘電体（Ｅ１）コーティング１２０が堆積され、Ｅ１コーティング１２０上に第２金属（Ｍ２）コーティング１３０が堆積される。
【００１４】
図５は、本発明の実施形態に従ったパストランジスタ５００を例示する斜視図である。例示の実施形態において、最も内側のワイヤはフレキシブル半導体ナノワイヤ５０２である。他の一実施形態において、フレキシブル半導体ナノワイヤ５０２は、例えば柔軟な絶縁性繊維などのフレキシブル繊維と、該フレキシブル繊維上の半導体コーティングとで置き換えられてもよい。誘電体（Ｅ１）コーティング１２０及び第２金属（Ｍ２）コーティング１３０が、上述したのと同様に形成され得る。動作において、ソース及びドレインは中心の半導体ナノワイヤ５０２上であり、Ｍ２コーティングがゲートとして機能する。ゲートがターンオンされるとき、どのようなコンポーネントにパストランジスタ５００が接続されているかに応じて、ソース／ドレイン間に電流が流れることが可能にされる。一実施形態において、Ｅ１コーティング１２０は、検出される周囲環境に反応する材料で形成される。例えば、特定のガスの存在が、ドレインとソースとの間の電流に電気的変化を生じさせ得る。斯くして、パストランジスタ５００コンポーネントは、センサとして機能することができる。本発明の実施形態によれば、パストランジスタ５００は、デバイスそれ自体であってもよいし、何らかのロジック機能を形成するように他のデバイスに接続されてもよい。
【００１５】
図６は、本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバ６００を例示する斜視図である。例示のように、マルチコンポーネントファイバ６００は、フレキシブル半導体ナノワイヤ５０２に沿ってキャパシタ２００と直列接続されたパストランジスタ５００を含んでいる。図示のように、パストランジスタ５００は、図５に関して説明したのと同じパストランジスタとすることができ、キャパシタ２００は、単線キャパシタ２００がフレキシブル繊維１００ではなくフレキシブル半導体ナノワイヤ５０２の上に形成されていることのみを違いとして、図２に関して説明したのと同じ単線キャパシタ２００とすることができる。他の実施形態において、キャパシタ２００は、例えば二線キャパシタ又はインターディジテート型キャパシタなど、本発明の実施形態に従って記述される他のキャパシタとし得る。
【００１６】
図７Ａは、本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバ７００を例示する斜視図である。例示のように、マルチコンポーネントファイバ７００は、フレキシブル繊維１００に沿ってキャパシタ７２０と直列接続されたパストランジスタ７５０を含んでいる。図示のように、キャパシタ７２０は、図２に関して説明した単線キャパシタ２００と同様とし得る。パストランジスタ７５０は、図５にて説明したパストランジスタ５００と同様とし得るが、フレキシブル半導体ナノワイヤ５０２がフレキシブル繊維１００及び半導体コーティング７０２で置き換えられている。動作において、ソース及びドレインは中心の半導体コーティング７０２上であり、Ｍ２コーティング１３０がゲートとして機能する。これまた例示されるように、パストランジスタ７５０とキャパシタ７２０とを電気的に接続するため、キャパシタ７２０の第１金属（Ｍ１）コーティング１１０の隣接部分１１２が、パストランジスタ７５０用の中心の半導体コーティング７０２のソース／ドレイン部分に重なっている。
【００１７】
図７Ｂ−７Ｄは、本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバ７００の動作を例示する斜視図である。図７Ｂは、ゲートがターンオンされて、電流がパストランジスタ７５０を通って流れてキャパシタ７２０を充電することを例示している。図７Ｃは、ゲートがターンオフされることを例示しており、電流はパストランジスタ７５０を流れず、電荷が、必要とされるまで、キャパシタ７２０に保管される。図７Ｄは、ゲートがターンオンされて、電流が、充電キャパシタ７２０からパストランジスタ７５０を介して、充電を要する装置に流れることを例示している。
【００１８】
図８−９は、本発明の実施形態に従った単線キャパシタを製造するためのシステムを例示する斜視図である。より具体的には、このシステムは、どのようにして、長い電荷蓄積ファイバが、ＡＬＤ／ＣＶＤ堆積システムを用いて低コストで製造され得るかを例示しており、全長にわたるフレキシブル繊維１００が、１つ以上の金属堆積チャンバ８２０及び誘電体堆積チャンバ８５０を順次に通され、繊維が堆積システムを通り過ぎるときに、それらの前駆ガスが堆積の要否に応じてオン及びオフに切り換えられる。図８を参照するに、図の下部から始めて、繊維１００がローラ８１０上で金属堆積チャンバ８２０内に引き込まれて、Ｍ１コーティング１１０が堆積される。その後、繊維は、ローラ８３０、８４０上で、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体を含む多様な誘電体材料を堆積し得るものである誘電体堆積チャンバ８５０内に引き込まれることができ、Ｍ１コーティング１１０上にＥ１コーティング１２０が形成される。図示のように、Ｍ１コーティング１１０の遠位部は、Ｅ１コーティング１２０を堆積するのに先立って誘電体堆積チャンバ８５０を僅かに通り過ぎるように引かれ得る。次いで図９を参照するに、上記繊維が反対方向に引き込まれ得る。例示の実施形態において、繊維が誘電体堆積チャンバ８５０を介して金属堆積チャンバ８２０内に引き戻されて、Ｍ２コーティング１３０が堆積され、単線キャパシタ２００が得られる。図示のように、Ｅ１コーティング１２０の近位部（すなわち、図９に示される方向において金属堆積チャンバ８２０に最初に再突入する繊維部分）は、Ｍ１コーティング１１０とＭ２コーティング１３０との間の短絡を回避するために、Ｍ２コーティング１３０を堆積するのに先立って金属堆積チャンバ８２０を僅かに通り過ぎるように引かれ得る。図８−９に関して図示して説明したシステムは単一の金属堆積チャンバ８２０と単一の誘電体堆積チャンバ８５０とを利用しているが、理解されるべきことには、この構成は例示的なものであり、本発明の実施形態によれば他の構成も企図される。例えば、繊維は、方向を変えるのではなく単方向で、金属堆積チャンバ、誘電体堆積チャンバ、及び第２の金属堆積チャンバを通って引かれてもよい。繊維はまた、システム中でループ状にされてもよい。同様に、ローラ８１０、８３０、８４０、８６０の構成は、限定ではなく例示を意図したものである。
【００１９】
図１０は、本発明の実施形態に従った繊維部品を製造するためのシステムを例示する斜視図である。図示のように、プロセスのコストを有意に削減するために、同時に複数の繊維１００がシステムを通される。
【００２０】
次いで図１１−１８を参照するに、本発明の実施形態に従ったマルチコンポーネントファイバを製造するためのシステム及び方法を例示する斜視図が提示されている。一実施形態において、この方法は繊維１００で開始する。図１２を参照するに、半導体堆積チャンバ１２０５がオンにされ、繊維１００の一部が半導体堆積チャンバ１２０５を通して引かれて、パストランジスタが形成されるところの繊維１００上に半導体コーティング７０２が堆積される。そして、キャパシタが上に形成されることになる繊維１００の部分を通すとき、半導体堆積チャンバ１２０５はオフにされる。図１３を参照するに、その後、繊維１００が金属堆積チャンバ１２２０を通して引かれて、繊維１００上にＭ１コーティング１１０が堆積される。図示のように、Ｍ１コーティング１１０の一部１１２が半導体コーティング７０２に重なってコンタクトを形成するよう、チャンバ１２２０は、チャンバを貫いて半導体コーティング７０２の全てを引くのに先立ってオンにされる。そして、チャンバ１２２０は、マルチコンポーネントファイバのキャパシタ部分の残部がチャンバ１２２０中を移動するとき、オンのままである。
【００２１】
次いで図１４−１５を参照するに、繊維が誘電体堆積チャンバ１４５０を通して引かれる。例示の実施形態において、半導体コーティング７０２の近位部及び遠位部がＥ１コーティング１２０によって覆われずにＥ１コーティング１２０が半導体コーティング７０２上のみに形成されるように、誘電体堆積チャンバ１４５０は、半導体コーティング７０２がチャンバ内にある間に、一時的にオンにされ、そしてオフにされる。誘電体堆積チャンバ１４５０をオフとして、キャパシタ部分のＭ１コーティング１１０がチャンバ内にあるようになるまで繊維が移動し続け、そして、チャンバが再びオンにされて、キャパシタ部分のＭ１コーティング１１０上にＥ１コーティング１２０が堆積される。チャンバは、その後、Ｍ１コーティング１１０の遠位端がチャンバに入るのに先立ってオフにされ得る。
【００２２】
図１６−１８を参照するに、その後、繊維が金属堆積チャンバ１２２０を通して引かれて、Ｍ２コーティング１３０が堆積される。この金属堆積チャンバ１２２０は、Ｍ１コーティング１１０を堆積するために用いられたのと同じ又は異なる金属堆積チャンバとし得る。図示のように、Ｍ２コーティング１３０がＥ１コーティング１２０上のみに形成されるよう、金属堆積チャンバ１２２０は、パストランジスタＥ１コーティング１２０をチャンバに通しながらオンにされ、チャンバを貫いてパストランジスタＥ１コーティング１２０を完全に通すのに先立ってオフにされる。図１７を参照するに、金属堆積チャンバ１２２０は、キャパシタＭ１コーティング１１０のコンタクト部分１１２がチャンバ中を移動する間、オフのままである。次いで図１８を参照するに、金属堆積チャンバは、Ｅ１コーティング１２０がチャンバに入るとオンに戻される。チャンバは、その後、Ｍ２コーティング１３０がＭ１コーティング１１０に短絡しないよう、Ｅ１コーティング１２０の遠位端がチャンバに入るのに先立ってオフにされ得る。一実施形態において、得られる生産物は、図７Ａ−７Ｄに例示したマルチコンポーネントファイバ７００である。
【００２３】
図１９Ａ−１９Ｈは、本発明の実施形態に従ったインターディジテート型キャパシタを形成する方法を例示する断面側面図である。図１９Ａ−１９Ｈに例示する実施形態はまた、図８−１８に関して説明したのと同様の堆積システムを用いて製造するものである。処理シーケンスは、図１９Ａ−１９Ｂに例示するように繊維１００の周囲にＭ１コーティング１１０を堆積することで開始し得る。そして、Ｅ１コーティング１２０の遠位端１２２がＭ１コーティング１１０の遠位端１１２を取り囲むようにして、Ｍ１コーティング１１０の上にＥ１コーティング１２０が堆積される。Ｅ１コーティング１２０の近位端１２１はＭ１コーティングの近位端１１１を取り囲まず、Ｍ１コーティングの近位端１１１は露出したままである。
【００２４】
次いで図１９Ｄを参照するに、Ｅ１コーティング１２０の遠位端１２２を覆ってＭ２コーティング１３０が堆積され、Ｍ２コーティング１３０の遠位端は繊維１００上にある。Ｍ２コーティング１３０の近位端１３１はＥ１コーティング１２０の近位端１２１を取り囲まず、Ｅ１コーティング１２０の近位端１２１は露出したままである。例示のように、Ｍ１、Ｅ１、Ｍ２構造１１０、１２０、１３０は、インターディジテート型のシングルウォール（単壁）キャパシタ構造を形成する。
【００２５】
その後、Ｍ２コーティング１３０の近位端１３１を覆ってＥ２コーティング１４０が堆積され得る。図１９Ｅに例示するように、Ｅ２コーティング１４０の近位端１４１は、Ｍ１コーティング１１０の近位端１１１を覆うようには形成されず、また、Ｅ２コーティング１４０の遠位端１４２は、Ｍ２コーティング１３０の遠位端１３２を覆うようには形成されない。
【００２６】
次いで図１９Ｆを参照するに、Ｅ２コーティング１４０の近位端１４１を覆って、Ｍ３コーティング１５０が、近位端１５１をＭ１コーティング１１０上に形成するようにして堆積され、Ｍ１及びＭ３コーティング１１０、１５０が共に短絡される。例示のように、Ｍ３コーティング１５０の遠位端１５２は、Ｅ２コーティング１４０の遠位端１４２を覆うようには形成されない。例示のように、Ｍ１、Ｅ１、Ｍ２、Ｅ２、Ｍ３構造１１０、１２０、１３０、１４０、１５０は、インターディジテート型のダブルウォール（二重壁）キャパシタ構造を形成する。
【００２７】
そして、Ｍ３コーティング１５０の近位端１５１及び遠位端１５２を覆ってＥ３コーティング１６０が堆積され得る。図１９Ｇに例示するように、Ｅ３コーティング１６０の遠位端１６２は、Ｍ２コーティング１３０の遠位端１３２を覆うようには形成されない。次いで図１９Ｈを参照するに、Ｅ３コーティング１６０の遠位端１６２を覆って、Ｍ４コーティング１７０が、Ｍ４コーティング１７０の遠位端１７２をＭ２コーティング１３２上に形成するようにして堆積され、Ｍ２及びＭ４コーティング１３０、１７０が共に短絡される。例示のように、Ｍ４コーティング１７０の近位端１７１は、Ｍ１コーティング１１０上には形成されない。例示のように、Ｍ１、Ｅ１、Ｍ２、Ｅ２、Ｍ３、Ｅ３、Ｍ４構造１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０は、インターディジテート型のトリプルウォール（三重壁）キャパシタ構造を形成する。
【００２８】
図２０は、本発明の実施形態に従ったウェアラブル電子装置と統合されたマルチコンポーネントファイバを例示する模式図である。一実施形態において、例えば衣類、ハンドバッグ、又は着用可能なアクセサリなどの織物製品２０９５に、ポータブル電子装置２０９２が接続あるいは埋め込まれる。本発明の実施形態によれば、以下に限られないが例えばカメラ、電話、及び、心拍数モニタもしくはインスリン値検査用装置などの生物医学装置など、多様なポータブル電子装置２０９２が想定される。ポータブル電子装置は、ここに記載の電荷蓄積繊維、パストランジスタ／センサ繊維、又はマルチコンポーネントファイバのうちの何れかとし得る繊維部品２０００に接続される。例示の特定の実施形態において、配線２０９０が、ポータブル電子装置２０９２を、パストランジスタ２０５０及びキャパシタ２０２０を含むマルチコンポーネントファイバ２０００に接続している。例えば、配線２０９０は、パストランジスタ２０５０のゲートに電気的に接続され得る。一実施形態において、配線２０９０は、ポータブル電子装置２０９２又は代替的に無線自動識別（ＲＦＩＤ）装置から信号を受信することによって、ゲートをオン及びオフに切り換えることができる。他の一実施形態において、ゲートは、パストランジスタ２０５０（センサ）の誘電体層によって感知されるような環境における変化によってオン及びオフに切り換えられ得る。図７Ｂ−７Ｄに関して上述したように、ゲートがターンオンされるとき、電流が流れてキャパシタ２０２０を充電し得る。ゲートがオフであるとき、キャパシタ２０２０に電荷が保管されることになり、また、ポータブル電子装置が充電を要するとき、電流がキャパシタ２０２０からポータブル電子装置２０９２に流れ得る。
【００２９】
繊維部品２０００は、織物ベースの生産物に多様な手法で取り付けられ得る。例えば、繊維部品２０００を用いて織物ベースの生産物を作製することができる。繊維部品２０００は、織物ベースの生産物に織り込まれることができる。繊維部品２０００は、織物ベースの生産物上に縫合され、あるいは織物ベースの生産物上にアイロン付けされ得る。例えば、図２０に例示するように、繊維部品は、織物ベースの生産物内に織り込まれたパッチ２０８０、織物ベースの生産物上に縫合されたパッチ２０８０、又は織物ベースの生産物上にアイロン付けされたパッチ２０８０とすることができる。繊維部品２０００は、織物ベースの生産物に、多様な更なる手法で取り付けられることができる。
【００３０】
構造上の機構及び／又は方法上の作用に特有の言葉にて本発明を説明してきたが、理解されるべきことには、添付の請求項に規定される発明は必ずしも、記載された特有の機構又は作用に限定されるものではない。開示された特有の機構及び作用は、むしろ、本発明を例示するのに有用な、特許請求発明の特に優美な実装として理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図１９Ｆ】
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【図１９Ｇ】
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【図１９Ｈ】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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