[go: up one dir, main page]

FR3161208A1 - Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie - Google Patents

Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie

Info

Publication number
FR3161208A1
FR3161208A1 FR2403713A FR2403713A FR3161208A1 FR 3161208 A1 FR3161208 A1 FR 3161208A1 FR 2403713 A FR2403713 A FR 2403713A FR 2403713 A FR2403713 A FR 2403713A FR 3161208 A1 FR3161208 A1 FR 3161208A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
micro
support
nanowires
pillars
support according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2403713A
Other languages
English (en)
Inventor
Maxime HALLOT
Kévin ROBERT
Florent MARLEC
Christophe Lethien
Pascal Roussel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hileores
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite dArtois
Universite de Lille
Original Assignee
Hileores
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite dArtois
Universite de Lille
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hileores, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Centrale de Lille, Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis, Universite dArtois, Universite de Lille filed Critical Hileores
Priority to FR2403713A priority Critical patent/FR3161208A1/fr
Priority to PCT/EP2025/059957 priority patent/WO2025215178A1/fr
Publication of FR3161208A1 publication Critical patent/FR3161208A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/68—Current collectors characterised by their material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/70—Current collectors characterised by their structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/005—Electrodes
    • H01G4/008—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/005—Electrodes
    • H01G4/012—Form of non-self-supporting electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors (thin- or thick-film circuits; capacitors without a potential-jump or surface barrier specially adapted for integrated circuits, details thereof, multistep manufacturing processes therefor)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/11—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having a chip structure, e.g. micro-sized batteries integrated on chips
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60—Capacitors
    • H10D1/68—Capacitors having no potential barriers
    • H10D1/692—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/022—Electrodes made of one single microscopic fiber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie comportant : un substrat,des micro-piliers disposés sur une face du substrat, chaque micro-pilier ayant une surface libre,des nano-fils, lesdits nano-fils étant disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, et ladite face du substrat étant dénuée de nano-fils.

Description

Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie
La présente invention concerne un support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie, un micro-dispositif de stockage d’énergie comportant ledit support architecturé, et un procédé de fabrication dudit support architecturé.
 État de la technique antérieure
Les dispositifs de stockage d’énergie miniaturisés, également appelés micro-dispositifs de stockage d’énergie ou dispositifs de stockage d’énergie intégrés, tels que par exemple les micro-batteries, les micro-condensateurs ou les micro-supercondensateurs, sont des composants électroniques possédant une taille physique réduite.
Une telle miniaturisation est essentielle dans le développement actuel des dispositifs électroniques, en particulier ceux dits embarqués, portables ou intelligents, tels que par exemple les circuits intégrés, les dispositifs médicaux implantables ou portables, les smartphones, les tablettes, les montres connectées, les systèmes de navigation, les ordinateurs portables, les capteurs, notamment embarqués, les objets connectés, notamment de type IoT (pourInternet of Thingsen anglais), et pratiquement tout équipement nécessitant des circuits intégrés compacts et des dispositifs électroniques de plus en plus petits.
Le développement actuel des dispositifs de stockage d’énergie miniaturisés se heurte à différentes problématiques.
Tout d’abord, de par leur surface réduite, les micro-dispositifs de stockage d’énergie possèdent généralement une densité énergétique qui est réduite.
Il est ainsi essentiel de trouver des solutions permettant d’augmenter la densité énergétique (i.e. la quantité d'énergie qu’un micro-dispositif de stockage d’énergie peut fournir dans un espace donné) de manière à conserver des performances électriques élevées dans un format réduit, et cela de manière durable.
Par ailleurs, avec la réduction de leurs dimensions, les contraintes mécaniques et thermiques peuvent avoir un impact plus important sur la fiabilité et la longévité des micro-dispositifs de stockage d’énergie.
Il est ainsi nécessaire de développer des micro-dispositifs de stockage d’énergie plus fiables et plus sûres, et notamment exempts de risques de courts-circuits, d'explosion ou de fuite, en particulier lorsqu'elles sont utilisées dans des dispositifs médicaux implantables ou d'autres applications critiques.
En outre, la fabrication de micro-dispositifs de stockage d’énergie avec une précision élevée et des performances électriques élevées peut être difficile et coûteuse.
Les procédés de fabrication des micro-dispositifs de stockage d’énergie doivent donc être adaptés pour éviter les défauts et garantir une performance constante, tout en ayant des coûts réduits.
L'invention vise à perfectionner encore les micro-dispositifs de stockage d’énergie, notamment en améliorant leurs performances électriques, leur fiabilité, leur sécurité ou encore leur fabrication.
Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie
L'invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, un support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie comportant :
  • un substrat,
  • des micro-piliers disposés sur une face du substrat, chaque micro-pilier ayant une surface libre,
  • des nano-fils, lesdits nano-fils étant disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
On entend par « support architecturé », un support comportant une structuration de sa surface, i.e. des structures de surface, telles que par exemple la présence de micro-structures et/ou de nano-structures, notamment des micro-piliers et/ou des nano-fils, en comparaison avec un support dépourvu de structuration de sa surface, généralement appelé « support plan ou bidimensionnel (2D) ».
Dans le cas où le support architecturé comporterait uniquement des micro-piliers en tant que structures de surface (i.e. absence de nano-fils), le support architecturé serait un support architecturé dit tridimensionnel (3D).
Le support architecturé selon l’invention comporte à la fois des micro-piliers et des nano-fils en tant que structures de surface. C’est donc un support architecturé dit quadridimensionnel (4D).
Le support architecturé selon l’invention est particulièrement avantageux dans la mesure où ce dernier développe une surface importante, par rapport à un support plan (2D) ou tridimensionnel (3D), en raison de la présence des micro-piliers, d’une part, et de la présence des nano-fils, d’autre part.
En effet, par rapport à un support plan (2D), un support architecturé tridimensionnel (3D) permet d’augmenter la surface développée par le support d’un facteur de gain compris entre 10 et 100, notamment compris entre 40 et 80 (le facteur de gain est également appelé « AEF » pourArea Enlargement Factoren anglais). Ce facteur de gain s’explique par la présence des micro-piliers.
Par rapport à un support architecturé tridimensionnel (3D), un support architecturé quadridimensionnel (4D), tel que selon l’invention, permet d’augmenter la surface développée par le support d’un facteur de gain compris entre 2 et 50, notamment entre 5 et 15. Ce facteur de gain s’explique par la présence additionnelle des nano-fils.
Ladite face du substrat peut être dénuée de nano-fils.
Cette caractéristique selon laquelle ladite face du substrat peut être dénuée de nano-fils peut permettre de simplifier le procédé de fabrication du support, notamment en s’affranchissant d’une étape de lithographie, et sans pour autant diminuer de manière significative la surface développée par le support.
En effet, la présence de nano-fils sur la face du substrat ne contribue que de manière marginale à la surface développée par le support, en comparaison des nano-fils disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
Par ailleurs, lorsque le support comporte des nano-fils sur la face du substrat, ces nano-fils présentent un risque de cassure, en particulier lorsque le support est utilisé pour la fabrication d’un micro-dispositif de stockage d’énergie.
Par exemple, le dépôt de résine sur les nano-fils disposés sur la face du substrat lors d’une étape de lithographie peut entrainer l’endommagement, voire la cassure, de ces nano-fils.
Cela peut provoquer des courts-circuits au sein dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
La caractéristique selon laquelle ladite face du substrat peut être dénuée de nano-fils peut ainsi permettre de limiter, voire d’éliminer, ce risque de court-circuit, et ainsi améliorer la sécurité et la fiabilité dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
Les nanofils peuvent être disposés sur la surface libre de chacun des micro-piliers.
Les nanofils peuvent être disposés sur toute la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, notamment sur toute la surface libre de chacun des micro-piliers.
En variante, les nanofils sont disposés uniquement sur une partie de la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur une partie de la surface libre de chacun des micro-piliers.
Chaque micro-pilier peut comporter une face supérieure et une ou plusieurs faces latérales.
La ou les faces latérales sont de préférence sensiblement perpendiculaires à la face du substrat.
La face supérieure est de préférence sensiblement parallèle à la face du substrat.
Dans un exemple de réalisation, les nano-fils sont disposés uniquement sur la ou les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur la ou les faces latérales de chacun des micro-piliers.
Cela signifie donc que, dans cet exemple de réalisation, les faces supérieures des micro-piliers sont dénuées de nano-fils.
Cela peut permettre de simplifier le procédé de fabrication du support, notamment en s’affranchissant d’une étape de lithographie, et sans pour autant diminuer de manière significative la surface développée par le support.
En effet, la présence de nano-fils sur les faces supérieures des micro-piliers ne contribue que de manière marginale à la surface développée par le support, en comparaison des nano-fils disposés sur les faces latérales des micro-piliers.
Par ailleurs, lorsque le support comporte des nano-fils sur les faces supérieures des micro-piliers, ces nano-fils présentent un risque de cassure, en particulier lorsque le support est utilisé pour la fabrication d’un micro-dispositif de stockage d’énergie.
Par exemple, le dépôt de résine sur les nano-fils disposés sur les faces supérieures des micro-piliers lors d’une étape de lithographie peut entrainer l’endommagement, voire la cassure, de ces nano-fils.
Cela peut provoquer des courts-circuits au sein dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
La caractéristique selon laquelle les nano-fils peuvent être disposés uniquement sur la ou les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur la ou les faces latérales de chacun des micro-piliers, peut ainsi permettre de limiter, voire d’éliminer, ce risque de court-circuit, et ainsi améliorer la sécurité et la fiabilité dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
Micro-piliers
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est plein, notamment sur tout ou partie de sa hauteur.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est creux, notamment sur tout ou partie de sa hauteur. La présence de tels micro-piliers peut permettre d’augmenter encore la surface développée par le support.
Chaque micro-pilier peut comporter une extrémité proximale reliée à la face du substrat et une extrémité distale.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est creux sur une partie de sa hauteur, en particulier au niveau de son extrémité distale.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une première partie pleine qui est reliée à la face du substrat et qui se poursuit par une deuxième partie creuse. La présence de tels micro-piliers peut permettre d’augmenter encore la surface développée par le support.
De préférence, chaque micro-pilier présente une forme allongée.
De préférence, chaque micro-pilier s’étend depuis la face du substrat, notamment de manière rectiligne, notamment de manière sensiblement perpendiculaire à la face du substrat.
Chaque micro-pilier peut présenter une forme cylindrique, conique, tronconique ou toute autre forme, de préférence cylindrique.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une première partie cylindrique qui est reliée à la face du substrat et qui se poursuit par une deuxième partie conique ou tronconique.
Chaque micro-pilier peut comporter une section transversale de forme circulaire, elliptique ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire, pentagonale, hexagonale, en forme de croix, en forme d’étoile, etc.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme circulaire, avec par exemple un diamètre compris entre 2 µm et 6 µm, notamment compris entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme triangulaire, carrée ou rectangulaire, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme carrée, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm. Une section transversale de forme carrée peut permettre de maximiser la surface latérale développée par les micro-piliers, et ainsi maximiser la surface développée par le support.
Dans un exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier présente une forme cylindrique et comporte une section transversale de forme carrée ou rectangle, de préférence carrée, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans cet exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier comporte une face supérieure et quatre faces latérales.
Dans cet exemple de réalisation, les nano-fils sont disposés uniquement sur les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment de chacun des micro-piliers. Ainsi, dans cet exemple de réalisation préféré, les faces supérieures des micro-piliers sont dénuées de nano-fils.
Chaque micro-pilier peut comporter une section transversale dont la surface est comprise entre 2 µm2et 40 µm2, préférentiellement comprise entre 4 µm2et 36 µm2, et plus préférentiellement comprise entre 9 µm2et 25 µm2.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur supérieure ou égale à 10 µm, préférentiellement supérieure ou égale à 20 µm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 30 µm, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 µm.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur inférieure ou égale à 400 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 350 µm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 300 µm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 250 µm.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur allant de 10 µm à 400 µm, préférentiellement allant de 20 µm à 350 µm, plus préférentiellement allant de 30 µm à 300 µm, et encore plus préférentiellement allant de 40 µm à 250 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier présente une longueur supérieure à 200 µm, préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 350 µm, plus préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 300 µm, encore plus préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 250 µm.
Les micro-piliers peuvent être disposés sur la face du substrat selon des rangées, notamment chacune rectiligne, notamment parallèles les unes par rapport aux autres.
Dans un exemple de réalisation, chaque rangée de micro-piliers comporte un espace entre deux micro-piliers adjacents dont la longueur est comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, deux rangées adjacentes de micro-piliers sont séparées d’une distance comprise entre 0 µm et 6 µm, notamment entre 0 µm et 5 µm, voire entre 1 et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, deux rangées adjacentes de micro-piliers sont disposées en quinconce.
Dans un exemple de réalisation préféré, le substrat et les micro-piliers sont formés d’un seul tenant. Par exemple, les micro-piliers sont obtenus par une technique de gravure ionique réactive profonde (également appelée DRIE pourDeep Reactive Ion Etchingen anglais) d’une galette (également appelée « wafer » en anglais), par exemple en silicium.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau adapté aux techniques de microfabrication, notamment pour la microélectronique.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau semi-conducteur ou d’un matériau isolant, notamment diélectrique.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau céramique.
Le substrat et les micro-piliers comportent, voire sont constitués, de silicium (Si), de silice (SiO2), d’arséniure de gallium (GaAs), de nitrure de gallium (GaN), de carbure de silicium (SiC), de nitrure de silicium (Si3N4) et/ou de phosphure d'indium (InP), préférentiellement de silicium (Si).
Nano-fils
Chaque nano-fil peut comporter un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, chaque nano-fil comporte de la silice (SiO2), de l’oxyde de zinc (ZnO), du dioxyde de titane (TiO2), de l’oxyde d'indium (In2O3), de l’oxyde de gallium (Ga2O3), de l’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou du dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de la silice (SiO2), de l’oxyde de zinc (ZnO) et/ou du dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de la silice (SiO2) et/ou de l’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de la silice (SiO2).
Chaque nano-fil peut en outre comporter un métal ou un alliage métallique, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, chaque nano-fil comporte du platine (Pt), de l’or (Au), de l’argent (Ag), de l’aluminium (Al) et/ou du gallium (Ga), préférentiellement du platine (Pt), de l’or (Au) et/ou de l’argent (Ag), et plus préférentiellement du platine (Pt).
De préférence, chaque nano-fil comporte de la silice (SiO2), et notamment du platine (Pt).
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil est constitué de silice (SiO2) et de platine (Pt).
Chaque nano-fil peut comporter une extrémité proximale, une extrémité distale et un corps reliant l’extrémité proximale à l’extrémité distale.
Le corps peut être plein.
Le corps peut présenter une forme allongée, notamment une forme cylindrique.
Le corps peut présenter une forme incurvée.
Le corps peut comporter une section transversale de forme circulaire ou elliptique, de préférence circulaire.
L’extrémité proximale peut être reliée à la surface libre d’un micro-pilier.
L’extrémité distale peut présenter une forme convexe, notamment une forme sphérique, par exemple une forme de sphère, de demi-sphère ou de portion de sphère.
Le corps peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (également appelée technique LPCVD pourLow Pressure Chemical Vapor Depositionen anglais) ou par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, le corps comporte, voire est constitué, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
Dans un exemple de réalisation préféré, le corps comporte, voire est constitué, de silice (SiO2).
L’extrémité proximale peut comporter, voire être constituée, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, l’extrémité proximale comporte, voire est constituée, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
Dans un exemple de réalisation préféré, l’extrémité proximale comporte, voire est constituée, de silice (SiO2).
L’extrémité distale peut comporter, voire être constituée, d’un métal ou d’un alliage métallique, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, l’extrémité distale comporte, voire est constituée, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), d’aluminium (Al) et/ou de gallium (Ga), préférentiellement de platine (Pt), d’or (Au) et/ou d’argent (Ag), et plus préférentiellement de platine (Pt).
Dans un exemple de réalisation préféré, l’extrémité distale comporte, voire est constituée, de platine (Pt).
Chaque nano-fil peut présenter une longueur supérieure ou égale à 100 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 200 nm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 300 nm, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 400 nm, et en particulier supérieure ou égale à 500 nm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur supérieure ou égale à 1 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une longueur inférieure ou égale à 10 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 9 µm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 8 µm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 7 µm, et en particulier inférieure ou égale à 6 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur inférieure ou égale à 5 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une longueur allant de 100 nm à 10 µm, préférentiellement allant de 200 nm à 9 µm, plus préférentiellement allant de 300 nm à 8 µm, encore plus préférentiellement allant de 400 nm à 7 µm, et en particulier allant de 500 nm à 6 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur allant de 1 µm à 5 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est supérieure ou égale à 20 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 30 nm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 nm, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 50 nm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est inférieure ou égale à 250 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 240 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 230 nm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 220 nm, et en particulier inférieure ou égale à 210 nm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 250 nm, préférentiellement comprise entre 30 nm et 240 nm, plus préférentiellement comprise entre 40 nm et 230 nm, et encore plus préférentiellement comprise entre 50 nm et 220 nm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 200 nm, et préférentiellement entre 30 nm et 190 nm.
La densité des nano-fils peut être comprise entre 10 millions de nano-fils/mm2et 50 millions de nano-fils/mm2, préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 40 millions de nano-fils/mm2, plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 30 millions de nano-fils/mm2, et encore plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 25 millions de nano-fils/mm2.
Une telle densité de nano-fils est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle peut permettre d’obtenir des gains particulièrement élevés en termes de surface développée par le support.
Chaque nano-fil peut être orienté de manière aléatoire.
Les nano-fils peuvent être enchevêtrés.
Chaque nano-fil peut comporter une première partie qui est reliée à la surface libre d’un micro-pilier et qui est rectiligne et orthogonale à ladite surface libre, cette première partie se poursuivant par une deuxième partie qui est incurvée.
Support
Le support peut comporter au moins une couche d’un matériau conducteur électronique, notamment métallique.
La couche de matériau conducteur électronique peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de matériau conducteur électronique peut former un collecteur de courant, notamment d’une batterie, ou une électrode, notamment d’un condensateur.
De préférence, le matériau conducteur électronique est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau conducteur électronique peut comporter, voire être constitué, d’un métal, notamment de transition, ou d’un alliage métallique, notamment de métaux de transition.
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d’un de leurs mélanges, et préférentiellement de platine (Pt).
La couche de matériau conducteur électronique peut avoir une épaisseur comprise entre 10 et 50 nm, préférentiellement entre 15 nm et 45 nm, plus préférentiellement entre 20 nm et 40 nm.
La couche de matériau conducteur électronique peut être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de matériau conducteur électronique peut être en contact direct avec les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, en particulier en contact direct avec l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et en contact direct avec la surface libre de chaque micro-pilier.
Le support peut comporter en outre au moins une couche de protection, notamment thermique.
La couche de protection peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de matériau conducteur électronique peut être disposée sur la couche de protection.
La couche de protection peut recouvrir les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé.
La couche de matériau conducteur électronique peut recouvrir ou entourer la couche de protection.
La couche de protection peut être en contact direct avec les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé et en contact direct avec la couche de matériau conducteur électronique.
La couche de protection peut être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de protection peut avoir une épaisseur allant de 10 nm à 80 nm, préférentiellement allant de 20 nm à 70 nm, plus préférentiellement allant de 30 nm à 60 nm, et encore plus préférentiellement allant de 35 nm à 55 nm.
La couche de protection peut comporter, voire être constituée, d’un matériau isolant.
Par exemple, le matériau isolant est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant est de préférence un matériau céramique.
Le matériau isolant peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’alumine (Al2O3).
La couche de protection peut permettre de protéger le support architecturé contre des températures élevées, notamment supérieures ou égales à 400°C, préférentiellement supérieures ou égales à 500°C, plus préférentiellement supérieures ou égales à 600°C, et encore plus préférentiellement supérieures ou égales à 700°C.
De telles valeurs de températures peuvent être nécessaires par exemple pour former sur le support architecturé une couche d’un oxyde métallique mixte (e.g. LiNi0,5Mn1,5O4ou BaTiO3) par ALD à partir de plusieurs couches de matériaux différents (e.g. MnO2, NiO et LiOH pour LiNi0,5Mn1,5O4; BaO et TiO2pour BaTiO3), notamment déposées de manière séquentielle. De tels traitements thermiques sont des recuits de cristallisation.
Cependant, l’exposition du support architecturé à de telles valeurs de températures peut par exemple altérer la structure et/ou la composition du support architecturé.
Par exemple, l’exposition du support architecturé à de telles valeurs de températures peut entraîner la diffusion du platine (Pt) des nano-fils dans le silicium (Si) des micro-piliers et/ou du substrat formant alors un alliage SiPt non conducteur.
Ainsi, lorsque le support architecturé est exposé à de telles valeurs de températures, la structure et/ou la composition du support architecturé peuvent être préservées grâce à la présence de la couche de protection.
La face du substrat peut présenter une forme carrée ou rectangulaire, avec notamment des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 50 µm et 20 mm, de préférence comprise entre 100 µm et 2,5 mm.
La face du substrat peut présenter une surface comprise entre 2500 µm2et 400 mm2, préférentiellement entre 10000 µm2et 6,25 mm2.
De telles valeurs de surface correspondent à la face du substrat dépourvue des micro-piliers et nano-fils.
Le micro-dispositif de stockage d’énergie peut être une micro-batterie, un micro-condensateur, un micro-supercondensateur ou un dispositif hybride.
Par « dispositif hybride », on entend un dispositif comportant au moins une électrode de batterie et au moins une électrode de condensateur ou supercondensateur.
La micro-batterie est de préférence une micro-batterie tout solide.
La micro-batterie est de préférence une micro-batterie lithium-ion (Li-ion).
La micro-batterie lithium-ion (Li-ion) peut comporter un matériau actif d’électrode positive de type LMNO (pourLithium Nickel Manganese Oxideen anglais).
Le micro-condensateur est de préférence un micro-condensateur métal-isolant-métal (MIM).
Micro-dispositif de stockage d’énergie comportant un support architecturé
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un micro-dispositif de stockage d’énergie comportant un support architecturé tel que défini ci-dessus.
Le micro-dispositif de stockage d’énergie peut être une micro-batterie, un micro-condensateur, un micro-supercondensateur ou un dispositif hybride.
Par « dispositif hybride », on entend un dispositif comportant au moins une électrode de batterie et au moins une électrode de condensateur ou supercondensateur.
La micro-batterie est de préférence une micro-batterie tout solide.
La micro-batterie est de préférence une micro-batterie lithium-ion (Li-ion).
La micro-batterie lithium-ion (Li-ion) peut comporter un matériau actif d’électrode positive de type LMNO (pourLithium Nickel Manganese Oxideen anglais).
Le micro-condensateur est de préférence un micro-condensateur métal-isolant-métal (MIM).
Le micro-dispositif peut comporter au moins une couche d’un matériau conducteur électronique, notamment métallique.
La couche de matériau conducteur électronique peut être disposée sur le support architecturé, notamment recouvrir le support architecturé.
En particulier, la couche de matériau conducteur électronique peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de matériau conducteur électronique peut former un collecteur de courant, notamment d’une batterie, ou une électrode, notamment d’un condensateur.
De préférence, le matériau conducteur électronique est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau conducteur électronique peut comporter, voire être constitué, d’un métal, notamment de transition, ou d’un alliage métallique, notamment de métaux de transition.
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d’un de leurs mélanges, et préférentiellement de platine (Pt).
La couche de matériau conducteur électronique peut avoir une épaisseur comprise entre 10 et 50 nm, préférentiellement entre 15 nm et 45 nm, plus préférentiellement entre 20 nm et 40 nm.
La couche de matériau conducteur électronique peut être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de matériau conducteur électronique peut être en contact direct avec le support architecturé, notamment en contact direct avec les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, en particulier en contact direct avec l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et en contact direct avec la surface libre de chaque micro-pilier.
Le micro-dispositif peut comporter en outre au moins une couche de protection, notamment thermique.
La couche de protection peut être disposée sur le support architecturé, notamment recouvrir le support architecturé.
En particulier, la couche de protection peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier. les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de matériau conducteur électronique peut être disposée sur la couche de protection.
La couche de matériau conducteur électronique peut recouvrir ou entourer la couche de protection.
La couche de protection peut être en contact direct avec le support architecturé, notamment en contact direct avec les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, en particulier en contact direct avec l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et en contact direct avec la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de protection peut être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de protection peut avoir une épaisseur allant de 10 nm à 80 nm, préférentiellement allant de 20 nm à 70 nm, plus préférentiellement allant de 30 nm à 60 nm, et encore plus préférentiellement allant de 35 nm à 55 nm.
La couche de protection peut comporter, voire être constituée, d’un matériau isolant.
Par exemple, le matériau isolant est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant est de préférence un matériau céramique.
Le matériau isolant peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’alumine (Al2O3).
La couche de protection peut permettre de protéger le support architecturé contre des températures élevées, notamment supérieures ou égales à 400°C, préférentiellement supérieures ou égales à 500°C, plus préférentiellement supérieures ou égales à 600°C, et encore plus préférentiellement supérieures ou égales à 700°C.
De telles valeurs de températures peuvent être nécessaires par exemple pour former sur le support architecturé une couche d’un oxyde métallique mixte (e.g. LiNi0,5Mn1,5O4ou BaTiO3) par ALD à partir de plusieurs couches de matériaux différents (e.g. MnO2, NiO et LiOH pour LiNi0,5Mn1,5O4; BaO et TiO2pour BaTiO3), notamment déposées de manière séquentielle. De tels traitements thermiques sont des recuits de cristallisation.
Cependant, l’exposition du support architecturé à de telles valeurs de températures peut par exemple altérer la structure et/ou la composition du support architecturé.
Par exemple, l’exposition du support architecturé à de telles valeurs de températures peut entraîner la diffusion du platine (Pt) des nano-fils dans le silicium (Si) des micro-piliers et/ou du substrat formant alors un alliage SiPt non conducteur.
Ainsi, lorsque le support architecturé est exposé à de telles valeurs de températures, la structure et/ou la composition du support architecturé peuvent être préservées grâce à la présence de la couche de protection.
Procédé de fabrication d’un support architecturé
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d’un support architecturé tel que défini ci-dessus, comportant au moins les étapes suivantes :
a) gravure d’une galette (également appelée « wafer » en anglais) comportant un matériau semi-conducteur ou isolant, notamment diélectrique, moyennant quoi on obtient un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat ;
b) dépôt sur le support architecturé obtenu à l’étape a) d’une couche d’un matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques ;
c) dépôt sur le support architecturé obtenu à l’étape b) d’une couche d’un matériau comportant un métal ou un alliage métallique ;
d) gravure de la couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique obtenu à l’étape c) ; puis
f) recuit thermique.
L’étape a) peut être mise en œuvre par une technique de gravure ionique réactive profonde (également appelée DRIE pourDeep Reactive Ion Etchingen anglais).
Par exemple, la technique de gravure ionique réactive profonde est mise en œuvre à l’aide d’un réacteur « OXFORD Estrelas PlasmaLab Pro 100 ».
L’étape a) peut être précédée d’une étape lithographie, notamment photolithographie.
L’étape de lithographie peut être mise en œuvre en utilisant une résine, notamment positive, telle que par exemple la résine « SPR220-7µm ».
Par exemple, l’étape de lithographie est mise en œuvre en utilisant une épaisseur de résine allant de 6 µm à 9 µm, notamment une épaisseur d’environ 7,5 µm.
L’étape de lithographie peut être précédée d’une étape de nettoyage de la galette.
L’étape a) peut être suivie d’une étape d’élimination de la résine utilisée lors de l’étape de lithographie.
L’étape b) peut être mise en œuvre par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (également appelée technique LPCVD pourLow Pressure Chemical Vapor Depositionen anglais) ou par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), et plus préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (également appelée technique LPCVD pourLow Pressure Chemical Vapor Depositionen anglais).
La couche de matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques peut comporter, voire être constituée, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
La couche de matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques peut avoir une épaisseur allant de 5 nm à 25 nm, préférentiellement allant de 10 nm à 20 nm, par exemple une épaisseur d’environ 15 nm.
L’épaisseur de la couche de matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques peut influencer la longueur des nano-fils.
L’étape b) peut être précédée d’une étape de nettoyage du support architecturé obtenu à l’étape a).
L’étape c) peut être mise en œuvre par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique peut comporter, voire être constituée, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), d’aluminium (Al) et/ou de gallium (Ga), préférentiellement de platine (Pt), d’or (Au) et/ou d’argent (Ag), et plus préférentiellement de platine (Pt).
La couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique peut avoir une épaisseur allant de 5 nm à 25 nm, préférentiellement allant de 10 nm à 20 nm, par exemple une épaisseur d’environ 15 nm.
L’épaisseur de la couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique peut influencer la densité et l’épaisseur des nano-fils.
Par exemple, l’étape c) est mise en œuvre par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), par exemple à une température comprise entre 150°C et 550°C, préférentiellement comprise entre 200°C et 500°C, plus préférentiellement comprise entre 200°C et 450°C, encore plus préférentiellement comprise entre 200°C et 400°C, et en particulier comprise entre 250°C et 350°C, en utilisant :
  • au moins un gaz, de préférence l’ozone (O3), et
  • au moins un précurseur, préférentiellement un précurseur comportant un métal, plus préférentiellement un précurseur comportant du platine.
Préférentiellement, le précurseur est choisi parmi :
  • le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3),
  • le diméthyl(cyclooctadiène)platine(II) (Me2PtCOD), et
  • un de leurs mélanges.
Plus préférentiellement, le précurseur est le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3).
L’étape d) peut être réalisée par une technique de gravure par faisceau d'ions réactifs (ou RIBE pourReactive Ion Beam Etching).
Par exemple, la technique de gravure par faisceau d'ions réactifs est mise en œuvre à l’aide d’un appareil « Meyer Burger IonSys 500 ».
Par exemple, la technique de gravure par faisceau d'ions réactifs est mise en œuvre à une vitesse comprise entre 5 nm/min et 15 nm/min, préférentiellement entre 8 nm/min et 12 nm/min, plus préférentiellement entre 9 nm/min et 11 nm/min, et notamment à un angle de 0°.
L’étape f) peut être mise en œuvre dans un four à recuit thermique rapide (RTA), notamment en utilisant des vitesses de montée et de descente en température de l’ordre de 10°C/sec.
L’étape f) peut être mise en œuvre avec un premier palier de température, notamment à 1000°C.
Par exemple, le premier pallier dure 1 min, et est notamment réalisé sous azote.
L’étape f) peut être mise en œuvre avec un deuxième palier de température, notamment à 1100°C, faisant suite au premier pallier de température.
Par exemple, le deuxième pallier dure 5 min, et est notamment réalisé sous azote.
Le premier pallier de température peut permettre à la couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique de passer de l’état solide à l’état liquide, de manière à former des gouttes de matériau comportant un métal ou un alliage métallique sur la couche de matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques.
Le deuxième pallier de température peut permettre l’évaporation la couche de matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques, et ainsi la croissance des nano-fils.
Le premier pallier de température peut influencer la densité et l’épaisseur des nano-fils.
Le deuxième pallier peut influencer la longueur des nano-fils.
Le procédé selon l’invention est particulièrement avantageux dans la mesure où il ne nécessite pas d’étape de lithographie après l’étape c) et avant l’étape d). Cela permet de simplifier le procédé de fabrication tout en améliorant la résistance mécanique du support architecturé.
En effet, grâce à la suppression d’une telle étape de lithographie, la face du substrat, et notamment les faces supérieures des micro-piliers, sont dénuées de nano-fils.
La suppression de ces nano-fils, qui présentaient un risque d’endommagement, voire de cassure, peut ainsi permettre d’améliorer la fiabilité et la sécurité du support architecturé, sans pour autant diminuer de manière significative sa surface développée.

Claims (31)

  1. Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie comportant :
    - un substrat,
    - des micro-piliers disposés sur une face du substrat, chaque micro-pilier ayant une surface libre,
    - des nano-fils,
    lesdits nano-fils étant disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, et
    ladite face du substrat étant dénuée de nano-fils.
  2. Support architecturé selon la revendication 1, les nanofils étant disposés uniquement sur une partie de la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
  3. Support architecturé selon la revendication 2, chaque micro-pilier comportant une face supérieure et une ou plusieurs faces latérales, les nano-fils étant disposés uniquement sur la ou les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers.
  4. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque micro-pilier présentant une forme cylindrique et comportant une section transversale de forme carrée ou rectangle, de préférence carrée, avec notamment des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
  5. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque micro-pilier présentant une longueur allant de 10 µm à 400 µm, préférentiellement allant de 20 µm à 350 µm, plus préférentiellement allant de 30 µm à 300 µm, et encore plus préférentiellement allant de 40 µm à 250 µm.
  6. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, les micro-piliers étant disposés sur la face du substrat selon des rangées, notamment chacune rectiligne, notamment parallèles les unes par rapport aux autres.
  7. Support architecturé selon la revendication 6, chaque rangée de micro-piliers comportant un espace entre deux micro-piliers adjacents dont la longueur est comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
  8. Support architecturé selon la revendication 6 ou 7, deux rangées adjacentes de micro-piliers étant séparées d’une distance comprise entre 0 µm et 6 µm, notamment entre 0 µm et 5 µm, voire entre 1 et 5 µm.
  9. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, deux rangées adjacentes de micro-piliers étant disposées en quinconce.
  10. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat et les micro-piliers étant formés d’un seul tenant.
  11. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat et les micro-piliers comportant, voire étant constitués, d’un matériau adapté aux techniques de microfabrication, notamment pour la microélectronique.
  12. Support architecturé selon la revendication 11, le substrat et les micro-piliers comportant, voire étant constitués, d’un matériau semi-conducteur ou d’un matériau isolant, notamment diélectrique.
  13. Support architecturé selon la revendication 12, le substrat et les micro-piliers comportant, voire étant constitués, de silicium (Si), de silice (SiO2), d’arséniure de gallium (GaAs), de nitrure de gallium (GaN), de carbure de silicium (SiC), de nitrure de silicium (Si3N4) et/ou de phosphure d'indium (InP), préférentiellement de silicium (Si).
  14. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque nano-fil comportant une extrémité proximale reliée à la surface libre d’un micro-pilier, une extrémité distale et un corps reliant l’extrémité proximale à l’extrémité distale.
  15. Support architecturé selon la revendication 14, le corps peut présentant une forme cylindrique et comportant une section transversale de forme circulaire ou elliptique, de préférence circulaire.
  16. Support architecturé selon la revendication 14 ou 15, l’extrémité distale présentant une forme convexe, notamment sphérique.
  17. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, le corps comportant, voire étant constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur, préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression ou par une technique de dépôt de couches atomiques.
  18. Support architecturé selon la revendication 17, le corps comportant, voire étant constitué, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
  19. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications 14 à 18, l’extrémité distale comportant, voire étant constituée, d’un métal ou d’un alliage métallique, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt de couches atomiques.
  20. Support architecturé selon la revendication 19, l’extrémité distale comportant, voire étant constituée, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), d’aluminium (Al) et/ou de gallium (Ga), préférentiellement de platine (Pt), d’or (Au) et/ou d’argent (Ag), et plus préférentiellement de platine (Pt).
  21. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque nano-fil présentant une longueur allant de 100 nm à 10 µm, préférentiellement allant de 200 nm à 9 µm, plus préférentiellement allant de 300 nm à 8 µm, encore plus préférentiellement allant de 400 nm à 7 µm, et en particulier allant de 500 nm à 6 µm.
  22. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque nano-fil présentant une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 200 nm, et préférentiellement entre 30 nm et 190 nm.
  23. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la densité des nano-fils étant comprise entre 10 millions de nano-fils/mm2et 50 millions de nano-fils/mm2, préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 40 millions de nano-fils/mm2, plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 30 millions de nano-fils/mm2, et encore plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 25 millions de nano-fils/mm2.
  24. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une couche d’un matériau conducteur électronique, notamment métallique, ladite couche de matériau conducteur électronique étant disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé.
  25. Support architecturé selon la revendication 24, la couche de matériau conducteur électronique ayant une épaisseur comprise entre 10 et 50 nm, préférentiellement entre 15 nm et 45 nm, plus préférentiellement entre 20 nm et 40 nm.
  26. Support architecturé selon la revendication 24 ou 25, comportant au moins une couche de protection, notamment thermique, ladite couche de protection étant disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, la couche de matériau conducteur électronique étant disposée sur la couche de protection.
  27. Support architecturé selon la revendication 26, la couche de matériau isolant ayant une épaisseur allant de 10 nm à 80 nm, préférentiellement allant de 20 nm à 70 nm, plus préférentiellement allant de 30 nm à 60 nm, et encore plus préférentiellement allant de 35 nm à 55 nm.
  28. Support architecturé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la face du substrat présentant une forme carrée ou rectangulaire, avec notamment des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 50 µm et 20 mm, de préférence comprise entre 100 µm et 2,5 mm.
  29. Micro-dispositif de stockage d’énergie comportant un support architecturé selon l’une quelconque des revendications 1 à 28.
  30. Micro-dispositif selon la revendication 29, le micro-dispositif de stockage d’énergie étant :
    - une micro-batterie, notamment une micro-batterie tout solide, notamment une micro-batterie lithium-ion ;
    - un micro-condensateur, notamment un micro-condensateur métal-isolant-métal ;
    - un micro-supercondensateur ; ou
    - un dispositif hybride.
  31. Procédé de fabrication d’un support architecturé selon l’une quelconque des revendications 1 à 28, comportant au moins les étapes suivantes :
    a) gravure d’une galette (également appelée « wafer » en anglais) comportant un matériau semi-conducteur ou isolant, notamment diélectrique, moyennant quoi on obtient un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat ;
    b) dépôt sur le support architecturé obtenu à l’étape a) d’une couche d’un matériau comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques ;
    c) dépôt sur le support architecturé obtenu à l’étape b) d’une couche d’un matériau comportant un métal ou un alliage métallique ;
    d) gravure de la couche de matériau comportant un métal ou un alliage métallique obtenu à l’étape c) ; puis
    f) recuit thermique.
FR2403713A 2024-04-10 2024-04-10 Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie Pending FR3161208A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2403713A FR3161208A1 (fr) 2024-04-10 2024-04-10 Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie
PCT/EP2025/059957 WO2025215178A1 (fr) 2024-04-10 2025-04-10 Support architecturé de micro-dispositif de stockage d'énergie

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2403713 2024-04-10
FR2403713A FR3161208A1 (fr) 2024-04-10 2024-04-10 Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3161208A1 true FR3161208A1 (fr) 2025-10-17

Family

ID=91829212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2403713A Pending FR3161208A1 (fr) 2024-04-10 2024-04-10 Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3161208A1 (fr)
WO (1) WO2025215178A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030165418A1 (en) * 2002-02-11 2003-09-04 Rensselaer Polytechnic Institute Directed assembly of highly-organized carbon nanotube architectures
US20090075157A1 (en) * 2004-10-06 2009-03-19 Pak Chan-Ho Carbon nanotube for fuel cell, nanocomposite comprising the same, method for making the same, and fuel cell using the same
WO2024079421A2 (fr) * 2022-10-11 2024-04-18 Centre National De La Recherche Scientifique Substrat comportant des nanofils

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6050106B2 (ja) * 2011-12-21 2016-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 非水二次電池用シリコン負極の製造方法
US8841030B2 (en) * 2012-01-24 2014-09-23 Enovix Corporation Microstructured electrode structures
US11508969B2 (en) * 2019-08-20 2022-11-22 Graphenix Development, Inc. Structured anodes for lithium-based energy storage devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030165418A1 (en) * 2002-02-11 2003-09-04 Rensselaer Polytechnic Institute Directed assembly of highly-organized carbon nanotube architectures
US20090075157A1 (en) * 2004-10-06 2009-03-19 Pak Chan-Ho Carbon nanotube for fuel cell, nanocomposite comprising the same, method for making the same, and fuel cell using the same
WO2024079421A2 (fr) * 2022-10-11 2024-04-18 Centre National De La Recherche Scientifique Substrat comportant des nanofils

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KARAAGAC HAKAN ET AL: "3D silicon micro-pillars/-walls decorated with aluminum-ZnO/ZnO nanowires for opto-electronic device applications", J. MICROMECH. MICROENG., vol. 8467, 25 September 2015 (2015-09-25), pages 84670Y - 84670Y, XP060029204, DOI: 10.1117/12.945974 *
SHULAN JIANG ET AL: "Scalable fabrication of carbon-based MEMS/NEMS and their applications: a review", JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 25, no. 11, 25 September 2015 (2015-09-25), pages 113001, XP020291239, ISSN: 0960-1317, [retrieved on 20150925], DOI: 10.1088/0960-1317/25/11/113001 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025215178A1 (fr) 2025-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1774613B1 (fr) Microbatterie comportant des connexions traversantes et procede de realisation d'une telle microbatterie
EP2409352B1 (fr) Microbatterie au lithium et son procédé de fabrication
EP2166609B1 (fr) Micro-batterie au lithium comportant une couche d'encapsulation et procédé de fabrication
EP2192638B1 (fr) Microbatterie sur substrat à encapsulation monolithique
US20170301955A1 (en) Thin film battery device and method of formation
FR2977370A1 (fr) Composant de connexion muni d'inserts creux
EP2783415B1 (fr) Procede de fabrication d'une batterie tout solide
EP2833461B1 (fr) Procédé de fabrication d'une microbatterie au lithium
EP3047530B1 (fr) Procede de realisation d'une microbatterie au lithium et microbatterie au lithium
WO2024126506A1 (fr) Dispositif semi-conducteur comprenant un empilement capacitif et un pilier et son procédé de fabrication
FR3161208A1 (fr) Support architecturé de micro-dispositif de stockage d’énergie
FR3068830B1 (fr) Systeme d'encapsulation pour composants electroniques et batteries
FR3068510B1 (fr) Procede de realisation d'une interface destinee a assembler temporairement un support microelectronique et une poignee de manipulation, et interface d'assemblage temporaire
EP3591724B1 (fr) Procede de realisation d'un dispositif transducteur piezoelectrique
EP3588595A1 (fr) Structure mim et procede de realisation d'une telle structure
WO2025215180A1 (fr) Micro-batterie
FR3161209A1 (fr) Micro-condensateur
EP4358212A1 (fr) Procédé de fabrication d'une microbatterie à électrolyte solide et microbatterie correspondante
EP3503142B1 (fr) Réalisation d'un collecteur de dispositif microélectronique
EP2884532B1 (fr) Procédé de fabrication d'un organe électriquement conducteur pour composant électronique présentant une extrémité munie d'une cavité
FR3089692A1 (fr) Empilage d’électrodes, cellule galvanique et procédé de réalisation
WO2012120245A1 (fr) Composant de connexion muni d'inserts creux
FR2822817A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure a membrane micro-usinee
EP2211382A2 (fr) Barrière étanche pour microcomposant et procédé de fabrication d'une telle barrière

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20251017