1.5 Методы формирования функциональных слоев микро твердооксидных топливных элементов

Анализ показывает, что для формирования функциональных слоев микро-ТОТЭ чаще всего используются методы ионно-плазменного распыления. Распространение получили методы ВЧ магнетронного распыления, реактивного магнетронного распыления и метод совместного распыления.

Распространение получили методы ВЧ магнетронного распыления YSZ мишеней, реактивного магнетронного распыления сплавных Zr-Y или мозаичных мишеней, метод совместного распыления (mutitarget sputtering).

В работах [1, 2] пленки YSZ наносились методом ВЧ магнетронного распыления. Отмечено, что при увеличении содержания кислорода в Ar/O₂ смеси газов отмечается снижение содержания иттрия относительно исходных мишеней. Одним из недостатков метода ВЧ магнетронного распыления является очень низкие скорости нанесения пленок YSZ. В работе [3, 4] использовался метод ВЧ магнетронного распыления мозаичных Zr-Y мишеней. В статье [3] степень легирования нанесенной пленки оксидом иттрия изменялось путем изменения количества и расположения вставок в зоне распыления. Данным методом получены пленки с содержанием Y₂O₃ от 3 до 27 %. Также сообщалось о формировании пленок твердого электролита методом реактивного магнетронного распыления сплавной Zr-Y мишени [5].

Сведений в литературе о формировании пористого тонкопленочного довольно мало. Сообщалось о нанесении пористых Ni/YSZ пленок методами распыления и пористых пленок Ni/CGO методом PSD [6-8]. Подобно статьям по анодным тонким пленкам, по катодам большинство работ посвящено моделированиям механизма реакций, в которых участвует катод. Установлено, что в качестве анодного и катодного электрода может использоваться платина. При этом методом магнетронного распыления наносится тонкий слой пористой платины. При этом толщина нанесенных слоев Pt до 15 нм.

Применение для нанесения функциональных слоев МТОТЭ методов ионно-плазменного распыления (реактивного магнетронного распыления, ВЧ магнетронного распыления, ионно-лучевого распыления) позволит наносить плотные бездефектные пленки при толщинах порядка десятков нанометров. Функциональные слои МТОТЭ представляют собой сложные многокомпонентные оксиды. Анализ литературных данных, а также результатов собственных исследований показывает, что ионно-плазменные методы позволяют наносить слои с контролируемой стехиометрией и фазовым составом.

Следует отметить, что в предлагаемой технологии производства МТОТЭ многие стадии процесса совместимы с традиционными этапами производства изделий микроэлектроники (фотолитографии, травление и.т.д), что позволяет использовать имеющееся оборудование.

Преимущества технологии:

- применение хорошо контролируемых методов ВЧ магнетронного распыления керамических мишеней и реактивного магнетронного распыления мозаичных мишеней для нанесения тонкопленочных слоев анодного, катодного электродов и твердого электролита позволит увеличить качество наносимых слоев, и тем самым уменьшить требуемую толщину и рабочую температуру МТОТЭ;

- использование Si пластин в качестве несущей конструкции МТОТЭ;

- использование традиционных технологий характерных для микроэлектронного производства (фотолитографии, травление).

- применение технологий сквозного травления Si для формирования несущих ячеек МТОТЭ.

Преимущества технологии:

- использование Si пластин в качестве несущей конструкции МТОТЭ;

- использование традиционных технологий характерных для микроэлектронного производства (фотолитографии, травление).

- применение технологий сквозного травления Si для формирования несущих ячеек МТОТЭ;

- применение хорошо контролируемых методов ВЧ магнетронного распыления керамических мишеней и реактивного магнетронного распыления мозаичных мишеней для нанесения тонкопленочных слоев анодного, катодного электродов и твердого электролита позволит увеличить качество наносимых слоев, и тем самым уменьшить требуемую толщину и рабочую температуру МТОТЭ;

1. Патентный поиск

В ходе выполнения патентного поиска были проанализированы патентные базы Национального центра интеллектуальной собственности РБ, патентного ведомства РФ, Европейской патентной организации, реферативной патентной БД Японии, департамента коммерции правительства США. Глубина поиска с 2008 по 2013 год, в качестве источников информации использовался фонд описания изобретения.

Результаты поиска и выявленные аналоги их существенные признаки приведены в приложении А.

21