半導(dǎo)體探針、用于測(cè)試量子電池的測(cè)試裝置和測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用半導(dǎo)體探針測(cè)試量子電池的裝置和方法，其中，能夠在量子電池的制作工藝中途評(píng)價(jià)充電層的電特性而不引起損傷。在由電極(54)和金屬氧化物半導(dǎo)體(56)層疊在支持體(52)上所構(gòu)成的半導(dǎo)體探針(50)上，使用與量子電池相同的材料制作探針充電層(58)，并照射紫外線。使用與量子電池相同的材料在半導(dǎo)體探針(50)上形成探針充電層(58)，使得可以在不損傷量子電池的充電層的情況下進(jìn)行評(píng)價(jià)。提供使用設(shè)置有探針充電層(58)的半導(dǎo)體探針(50)，通過(guò)電壓計(jì)(64)和恒流電源(62)或放電電阻(66)來(lái)測(cè)定量子電池制作中途的充電層(18)的充放電特性的測(cè)試裝置和測(cè)試方法。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體探針、用于測(cè)試量子電池的測(cè)試裝置和測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體探針、用于測(cè)試基于新型操作原理的全固態(tài)電池的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，所述新型操作原理為:利用通過(guò)紫外線照射引起的金屬氧化物的光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子。

【背景技術(shù)】
[0002]作為用于電動(dòng)車和移動(dòng)裝置的二次電池，經(jīng)常安裝有鎳氫二次電池。最近，作為能夠增加輸出和容量的二次電池，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出鋰離子電池，并且處于開(kāi)始實(shí)用化的階段。
[0003]通過(guò)使用含鋰的金屬?gòu)?fù)合氧化物作為陰極以及能夠收容和釋放出鋰的材料如碳作為陽(yáng)極，并且將其浸漬于由能夠離解成離子的鋰鹽和能夠溶解所述鋰鹽的有機(jī)溶劑組成的電解液，制備鋰離子電池(參照專利文獻(xiàn)I等)。
[0004]由于電解液為液體，因此可能會(huì)發(fā)生漏液，并且由于使用了易燃材料，有必要提高在誤用時(shí)電池的安全性，因此也公開(kāi)了使用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液的全固態(tài)鋰二次電池(參照專利文獻(xiàn)2等)。
[0005]由于使用作為稀有金屬的鋰，鋰離子電池的成本昂貴，因此，在性能面也要求高性能且大容量的二次電池。
[0006]在這樣的情況下，本申請(qǐng)
【發(fā)明者】提出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單從而能夠降低成本且安全動(dòng)作的全固態(tài)型半導(dǎo)體電池(以下稱為量子電池)(PCT/JP 2010-067643)。
[0007]量子電池是通過(guò)層疊基板、導(dǎo)電性基電極、充電層、P-型半導(dǎo)體層、導(dǎo)電性對(duì)向電極而構(gòu)成的，其中所述充電層具有η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，其覆蓋有絕緣材料且通過(guò)紫外線照射發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子。在基電極與對(duì)向電極之間連接電源以對(duì)所述充電層充電。
[0008]對(duì)于所述量子電池，在其生產(chǎn)工藝中評(píng)價(jià)電流-電壓特性和充放電特性以確認(rèn)其功能。
[0009]電流-電壓特性是眾所周知的評(píng)價(jià)半導(dǎo)體的特性的方法，也用于二次電池的性能評(píng)價(jià)。
[0010]例如，有下述檢測(cè)內(nèi)電阻的方法:基于混合動(dòng)力車用電池在放電時(shí)和在充電時(shí)的電壓與電流的測(cè)量值，推算出準(zhǔn)確的電池的電流-電壓特性，由此來(lái)檢測(cè)更準(zhǔn)確的電池內(nèi)電阻(參照專利文獻(xiàn)3等)。另有下述方法:將電池的輸出范圍分割為多個(gè)區(qū)域，測(cè)量每個(gè)區(qū)域的預(yù)定數(shù)量組的電壓與電流，基于這些測(cè)量值來(lái)描述電池的電流-電壓特性，以及基于該電流-電壓特性來(lái)計(jì)算出電池的最大輸出(參照專利文獻(xiàn)4等)。
[0011]此外，對(duì)于制備量子電池，作為二次電池的性能依賴于充電層，因此，與在完成品中進(jìn)行充電層的評(píng)價(jià)相比，在制作工藝中層疊了充電層的中途階段進(jìn)行充電層的評(píng)價(jià)，能夠進(jìn)行更有效率的制作。
[0012]在制作工藝的中途進(jìn)行功能評(píng)價(jià)是在半導(dǎo)體領(lǐng)域中所采用的手段。例如，有一種如下測(cè)量裝置，其中，由在覆蓋有絕緣膜的測(cè)量用柵電極的兩側(cè)分別暴露地設(shè)置測(cè)量用源電極和測(cè)量用漏電極，其目的是在不實(shí)際生成場(chǎng)效應(yīng)型薄膜晶體管的情況下直接測(cè)量作為其有源層的半導(dǎo)體的電特性。
[0013]當(dāng)測(cè)量用源電極、測(cè)量用漏電極和介于它們中間的絕緣膜的暴露表面與所述半導(dǎo)體的暴露表面接觸時(shí)，此接觸部分構(gòu)成共面型(coplanar)虛擬電場(chǎng)效應(yīng)型薄膜晶體管。這可以在生成元件之前進(jìn)行與元件生成后通常的共面型虛擬電場(chǎng)效應(yīng)薄膜晶體管的情況相同的測(cè)量(參照專利文獻(xiàn)5等)。
[0014]還有下述精確地測(cè)量電流-電壓特性的方法:在評(píng)價(jià)SOI基板時(shí)使用虛擬MOSFET,將由歷時(shí)變化所導(dǎo)致的影響抑制到最小限度，從而獲得具有良好再現(xiàn)性良好的值(參照專利文獻(xiàn)6等)，另外，也提出了用于測(cè)量的半導(dǎo)體探針(參照專利文獻(xiàn)7等)。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)N0.2002-141062公報(bào)
[0018]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)N0.2007-5279公報(bào)
[0019]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)N0.2000-21455公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)N0.2000-19233公報(bào)
[0021]專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)Νο.Η06-275690公報(bào)
[0022]專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)N0.2001-267384公報(bào)
[0023]專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)N0.2005-524925公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0025]然而，量子電池是基于新原理的全固態(tài)型二次電池，因此，為了在制作工藝中途評(píng)價(jià)二次電池、以及對(duì)作為電池特性的充放電特性和電流-電壓特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，不可能直接應(yīng)用傳統(tǒng)的方法，應(yīng)當(dāng)考慮量子電池特有的結(jié)構(gòu)和特征。
[0026]特別是，量子電池的充電層為其中以微粒形成的η型金屬氧化物半導(dǎo)體覆蓋有絕緣被膜的結(jié)構(gòu)，使得在用半導(dǎo)體探針進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，由于與半導(dǎo)體探針的物理接觸，有時(shí)導(dǎo)致絕緣被膜的剝離，并且導(dǎo)致充電層受損。因此，不會(huì)直接進(jìn)行充電層的評(píng)價(jià)，而是設(shè)置用于評(píng)價(jià)的測(cè)試區(qū)域，在該測(cè)試區(qū)域內(nèi)形成的充電層的評(píng)價(jià)會(huì)被當(dāng)作量子電池的充電層的評(píng)價(jià)。
[0027]本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體探針、測(cè)試裝置和測(cè)試方法，其能夠?qū)Τ潆妼拥碾娞匦赃M(jìn)行評(píng)價(jià)而沒(méi)有剝離也沒(méi)有損傷絕緣被膜，從而能夠在量子電池的制作工藝中途直接對(duì)充電層的電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0028]用于解決問(wèn)題的技術(shù)手段
[0029]本發(fā)明中作為待測(cè)量目標(biāo)物的目標(biāo)是量子電池，所述量子電池是在基板上層疊導(dǎo)電性基電極、充電層、P-型半導(dǎo)體層和導(dǎo)電性對(duì)向電極而構(gòu)成的，其中所述充電層具有η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，其覆蓋有絕緣材料且經(jīng)受光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子。為了進(jìn)行更加穩(wěn)定的運(yùn)作，可以在基電極和充電層之間設(shè)置η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層。
[0030]為了在充電層被層疊于量子電池時(shí)的時(shí)間點(diǎn)對(duì)充電層的電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，將進(jìn)一步層疊在充電層上的層形成于半導(dǎo)體探針，使該半導(dǎo)體探針與充電層接觸以測(cè)量電特性，由此評(píng)價(jià)在最終成品中的充電層的功能。
[0031]本發(fā)明中的半導(dǎo)體探針包括:導(dǎo)電性電極、由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層、和向其中充入電能的充電層，它們都層疊在支持體上。
[0032]所述充電層是覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，具有覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體通過(guò)紫外線照射而發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子。所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體為二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅中的一種；或者是由二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅中的兩種或三種組合而形成的復(fù)合材料。覆蓋η-型金屬氧化物半導(dǎo)體的絕緣材料為絕緣樹(shù)脂或無(wú)機(jī)絕緣材料。
[0033]所述金屬氧化物半導(dǎo)體為P-型半導(dǎo)體，例如氧化鎳或氧化銅/氧化鋁。進(jìn)一步，由于與待測(cè)量的目標(biāo)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述金屬氧化物半導(dǎo)體可以是η-型半導(dǎo)體，為二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅中的一種；或者由二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅中的兩種或三種組合而形成的復(fù)合材料。
[0034]作為導(dǎo)電性金屬，使用銅或鉻。支持體的至少一部分為彈性體，其控制當(dāng)半導(dǎo)體探針與量子電池的充電層接觸時(shí)的接觸壓力，從而使探針表面與待測(cè)量物的表面接觸。整個(gè)支持體可為彈性體。
[0035]所述支持體可為圓柱形狀，使導(dǎo)電性電極、金屬氧化物半導(dǎo)體層以及充電層層疊在外圍表面上。進(jìn)一步，所述支持體可以設(shè)置有與待測(cè)量目標(biāo)物的基電極接觸的接地電極部。
[0036]一種充/放電特性測(cè)試裝置，包括:根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體探針、待測(cè)量目標(biāo)物、進(jìn)行充/放電的充/放電電流源、和在充/放電時(shí)對(duì)待測(cè)量目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量的電壓計(jì)。
[0037]對(duì)導(dǎo)電性基電極或者基電極與η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層層疊在基板上的待測(cè)量目標(biāo)物進(jìn)行評(píng)價(jià)，也能夠?qū)υ诹孔与姵刂谱麟A段的基電極或者基電極與η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層的電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，這是因?yàn)槌潆妼訉盈B在本發(fā)明的半導(dǎo)體探針中。在評(píng)價(jià)待測(cè)量目標(biāo)物中，其中電極和由覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的充電層層疊在基板上，是對(duì)所述充電層進(jìn)行評(píng)價(jià)。所述充電層是由與半導(dǎo)體探針的充電層相同材料形成，具有覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，且因紫外線照射發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，由此具備作為量子電池的功能。
[0038]所述半導(dǎo)體探針以覆蓋待測(cè)量目標(biāo)物的整個(gè)表面的方式與其緊密接觸，對(duì)電極和充電層的電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。所述半導(dǎo)體探針以覆蓋多個(gè)待測(cè)量目標(biāo)物的全部表面的方式與該多個(gè)待測(cè)量目標(biāo)物緊密接觸，由此，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)電極和充電層進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體探針以覆蓋待測(cè)量目標(biāo)物的部分表面的方式與待測(cè)量目標(biāo)物接觸，由此可以局部地評(píng)價(jià)充電層并且評(píng)價(jià)充電層表面內(nèi)的特性差異。
[0039]具備圓柱形支持體的半導(dǎo)體探針能夠在待測(cè)量目標(biāo)物表面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)評(píng)價(jià)充/放電特性。還可以使用各自具備圓柱形支持體的兩個(gè)半導(dǎo)體探針，其中一個(gè)半導(dǎo)體探針評(píng)價(jià)待測(cè)量目標(biāo)物的充電特性，而另一個(gè)半導(dǎo)體探針則評(píng)價(jià)待測(cè)量目標(biāo)物的放電特性。
[0040]本發(fā)明提供使用半導(dǎo)體探針的充放電特性測(cè)試方法，該方法包括:準(zhǔn)備半導(dǎo)體探針、待測(cè)量目標(biāo)物，進(jìn)行充/放電的充/放電電流源、對(duì)充/放電時(shí)的待測(cè)量目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量的電壓計(jì)，其中，所述半導(dǎo)體探針是通過(guò)層疊導(dǎo)電性電極、由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層、向其中充入電能的充電層、支持體層疊而構(gòu)成的；以及使半導(dǎo)體探針與待測(cè)量目標(biāo)物接觸，由充放電電流源進(jìn)行充放電，使用電壓計(jì)對(duì)待測(cè)量目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量。
[0041]需要提醒的是，也可以使用電壓電源作為充電時(shí)的電源，此時(shí)則測(cè)量電流。進(jìn)一步，可以使用電阻器替代電流源作為放電時(shí)的負(fù)荷。
[0042]發(fā)明效果
[0043]根據(jù)本發(fā)明，在通過(guò)層疊基板、導(dǎo)電性基電極、充電層、P-型半導(dǎo)體層、導(dǎo)電性對(duì)向電極而構(gòu)成的量子電池中，具有與作為待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池內(nèi)充電層相同結(jié)構(gòu)的充電層層疊于含電極和金屬氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體探針中，使得充電層可以互相接觸，并且在不損傷量子電池的充電層的情況下評(píng)價(jià)電特性，其中，所述充電層具有覆蓋有η-金屬氧化物半導(dǎo)體且發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子的。進(jìn)一步，在待測(cè)量目標(biāo)物的充電層層疊前，由于半導(dǎo)體探針包括充電層，所以能夠評(píng)價(jià)量子電池的充/放電功能。
[0044]進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體探針的支持體形成為覆蓋全部充電層表面的尺寸，并包括多個(gè)各自由獨(dú)立電極和金屬氧化物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的層，由此可以同時(shí)測(cè)量充電層區(qū)域中特性的分布和差異，高效率地掌握所述特性，便于識(shí)別并修理異常點(diǎn)和不良點(diǎn)。
[0045]在另一方面，所述半導(dǎo)體探針的支持體形成為覆蓋部分充電層表面的尺寸，由此可以測(cè)量充電層區(qū)域中特性的分布和差異以及進(jìn)行差分測(cè)量。
[0046]所述半導(dǎo)體探針具備形成為圓柱體形狀的支持體，由此能夠在充電層表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)評(píng)價(jià)電特性，因而能夠高效率地評(píng)價(jià)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1為表示適用于采用本發(fā)明的半導(dǎo)體探針的量子電池測(cè)試裝置和測(cè)試方法的量子電池的結(jié)構(gòu)圖。
[0048]圖2為對(duì)量子電池的充電層進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0049]圖3為對(duì)光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行說(shuō)明的能帶圖。
[0050]圖4為對(duì)由光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化而形成的新能級(jí)進(jìn)行說(shuō)明的能帶圖。
[0051]圖5為對(duì)發(fā)明的半導(dǎo)體探針進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0052]圖6為表示在充電時(shí)的充/放電特性評(píng)價(jià)裝置的概略圖。
[0053]圖7為表示在放電時(shí)的充/放電特性評(píng)價(jià)裝置的概略圖。
[0054]圖8為表示量子電池的充/放電特性的圖。
[0055]圖9為表示在支持體具備多個(gè)測(cè)量部的半導(dǎo)體探針末端的正面視圖。
[0056]圖10為表示帶有圓柱形狀的支持體的圓柱形半導(dǎo)體探針的截面圖。
[0057]圖11為表示使用圓柱形半導(dǎo)體探針的充/放電特性評(píng)價(jià)裝置的概略圖。
[0058]圖12為表示使用圓柱形半導(dǎo)體探針測(cè)量的充電層的充電特性的圖。
[0059]圖13為表示使用圓柱形半導(dǎo)體探針測(cè)量的充電層的放電特性的圖。
[0060]圖14為表示使用兩個(gè)圓柱形半導(dǎo)體探針的充/放電特性評(píng)價(jià)裝置的概略圖。
[0061]圖15為表示具備接地電極部的圓柱形半導(dǎo)體探針的外形的截面圖。
[0062]圖16為對(duì)使用帶有接地電極部的圓柱形半導(dǎo)體探針進(jìn)行測(cè)量的量子電池的充電層表面進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0063]最佳實(shí)施方式
[0064]本發(fā)明為一種半導(dǎo)體探針、測(cè)試裝置和測(cè)試方法，用于在作為二次電池的量子電池的制作工藝中基于在充電層中采用了光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化技術(shù)的新型充電原理對(duì)其電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更清楚的了解和說(shuō)明，首先對(duì)作為適用對(duì)象的量子電池的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行說(shuō)明，接下來(lái)對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0065]圖1為表示適用本發(fā)明的量子電池的橫截面結(jié)構(gòu)圖。圖1中，量子電池10構(gòu)成為:在基板12上形成導(dǎo)電性基電極14，進(jìn)一步在其上層疊η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16、向其中充入電能的充電層18、P-型金屬氧化物半導(dǎo)體層20和對(duì)向電極22。
[0066]基板12可為絕緣材料或?qū)щ娦圆牧希缈梢允褂貌ＡЩ?、高分子膜的?shù)脂片或者金屬箔片。
[0067]作為基電極14和對(duì)向電極22，僅需要形成導(dǎo)電膜即可，金屬材料的實(shí)例包括例如含鋁Al等的銀Ag合金膜。形成這些的方法的實(shí)例包括濺射法；離子電鍍法；和諸如電子束沉積、真空沉積、化學(xué)氣相沉積等的氣相成膜法。此外，基電極14和對(duì)向電極22可由電鍍方法、無(wú)電鍍方法等形成。作為用于鍍覆的金屬，通?？墒褂勉~、銅合金、鎳、鋁、銀、金、鋅或錫等。
[0068]η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16使用二氧化鈦(T12)、氧化錫(SnO2)或者氧化鋅(ZnO)作為材料。
[0069]如圖2所表示，充電層18具有以覆蓋有絕緣被膜的微粒形式的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體填充在其中，并且所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體通過(guò)紫外線照射發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以形成具備充電功能的層。所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體被有機(jī)硅的絕緣被膜覆蓋。作為可用作充電層18的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體材料，優(yōu)選為二氧化鈦、氧化錫(SnO2)以及氧化鋅(ZnO)，也可以使用通過(guò)組合二氧化鈦、氧化錫以及氧化鋅而制成的材料。
[0070]為了防止來(lái)自上部對(duì)向電極22的電子注入，設(shè)置在充電層18上形成的P-型金屬氧化物半導(dǎo)體。作為P-型金屬氧化物半導(dǎo)體層20的材料，可以使用氧化鎳(N1)、氧化銅/ 鋁(CuAlO2)等。
[0071]充電層18中的二氧化鈦的微粒具備由有機(jī)硅形成的絕緣被膜，但是，所述被膜不限于均勻的被膜，而是可以產(chǎn)生不均，因此當(dāng)嚴(yán)重不均的情況下，可能導(dǎo)致與電極的直接接觸。在這樣的情況下，電子由于再結(jié)合而被注入到二氧化鈦中，因此在帶隙中不能形成能級(jí)，從而降低充電容量。因此，為了抑制充電容量的降低以實(shí)現(xiàn)更高性能的二次電池，如圖1所示，在基電極14與充電層18之間形成η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16。
[0072]圖3(A)、(B)表示用于說(shuō)明被紫外線照射的充電層由于發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化而形成新能級(jí)的基本現(xiàn)象的模型結(jié)構(gòu)的能帶圖。
[0073]圖3(A)中的能帶圖由電極30、中間結(jié)晶層32以及η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層34構(gòu)成。費(fèi)密能級(jí)40存在于導(dǎo)帶36和價(jià)帶38之間，電極30的費(fèi)密能級(jí)40靠近于導(dǎo)帶36，并且η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層34的費(fèi)密能級(jí)40存在于導(dǎo)帶36與價(jià)帶38的中間。若照射紫外線42，存在于中間結(jié)晶層32的價(jià)帶38的電子44被激發(fā)至導(dǎo)帶36。
[0074]在圖3(B)所示的紫外線照射過(guò)程中的狀態(tài)下，由于紫外線42的照射導(dǎo)致中間結(jié)晶層32區(qū)域內(nèi)的價(jià)帶38中的電子44被激發(fā)至導(dǎo)帶36，而被激發(fā)的電子44因?qū)?6的傾斜而被電極30的導(dǎo)帶36所收容。另一方面，由電子44的脫離所產(chǎn)生的空穴46將殘留在價(jià)帶38中。在中間結(jié)晶層32，紫外線激發(fā)和再結(jié)合之間會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差，原子因該時(shí)間差而會(huì)重新排列。因此，殘留在中間結(jié)晶層32的價(jià)帶38的空穴46會(huì)移動(dòng)至帶隙內(nèi)，進(jìn)而形成新能級(jí)48。
[0075]圖4表示新能級(jí)48在中間結(jié)晶層32的帶隙中形成再結(jié)合后的狀態(tài)。僅在電極30與η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層34的界面處觀察到帶隙內(nèi)的電子密度的增加和內(nèi)層電子的化學(xué)位移，可認(rèn)為原子間距發(fā)生了變化。
[0076]已經(jīng)描述了如上所述的，通過(guò)對(duì)η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層34照射紫外線42而在帶隙中形成新能級(jí)48。作為二次電池，可利用新形成的該能級(jí)48，在電極和η-型金屬氧化物半導(dǎo)體之間由絕緣層形成阻擋層以控制電子，并由此具備充電功能。
[0077]如圖1和圖2中所描述的，圖1中所示的充電層18為使用具有由有機(jī)硅形成的絕緣被膜28的二氧化鈦?zhàn)鳛椴牧隙纬傻摩?型金屬氧化物半導(dǎo)體26。此時(shí)，二氧化鈦與基電極之間具有由絕緣層形成的阻擋層。
[0078]量子電池通過(guò)如下方式起到電池的作用:將來(lái)自于外部的電壓施加于在帶隙內(nèi)形成的能級(jí)以形成電場(chǎng)并使電子充滿，然后使負(fù)荷與電極連接，由此釋放電子以取出能量。通過(guò)重復(fù)該現(xiàn)象，量子電池能夠作為二次電池使用。
[0079]量子電池的制作工藝是在基板上依次層疊各功能層的工藝，而充電層的功能最為重要。如果不等量子電池的制作完成而能夠在層疊充電層時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，則不僅可以去除不良的產(chǎn)品，并進(jìn)而可以建立高效率的大規(guī)模制作工藝，而且也可以通過(guò)確認(rèn)異常點(diǎn)和不良而對(duì)其原因進(jìn)行調(diào)查，以及由此促進(jìn)管理、生產(chǎn)設(shè)備的維修和改進(jìn)。
[0080]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體探針。在量子電池的制作工藝中，層疊充電層后會(huì)進(jìn)行功能性評(píng)價(jià)。需要注意的是，充電層層疊后是指層疊充電層并照射紫外線而在充電層的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體內(nèi)激發(fā)了光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化的狀態(tài)。
[0081]在圖5中，半導(dǎo)體探針50是通過(guò)在作為絕緣體的支持體52上層疊由導(dǎo)電性金屬層構(gòu)成的電極(以下為了區(qū)別于量子電池的電極，稱為探針電極54)和金屬氧化物半導(dǎo)體56構(gòu)成的。
[0082]金屬氧化物半導(dǎo)體56的材料依賴于與待測(cè)量目標(biāo)物的相對(duì)關(guān)系，即，依賴于量子電池10的功能層的層疊順序。在圖1所示的量子電池10為在基板12上層疊η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16和充電層18的情況下，由于在其上進(jìn)一步層疊P-型金屬氧化物半導(dǎo)體層20和對(duì)向電極22，所以半導(dǎo)體探針50的金屬氧化物半導(dǎo)體56為ρ-型金屬氧化物半導(dǎo)體，并且由與作為目標(biāo)物的量子電池10相同的材料和層厚所構(gòu)成。
[0083]量子電池10并不必具有如圖1所不的功能層的層萱順序，也可以具備其中在基板12上依次層疊對(duì)向電極22、ρ-型金屬氧化物半導(dǎo)體層20、充電層18、η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16以及基電極14的結(jié)構(gòu)。在該情況下，在層疊了充電層18后的評(píng)價(jià)中所使用的半導(dǎo)體探針50具有金屬氧化物半導(dǎo)體56為所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體。
[0084]在本發(fā)明的半導(dǎo)體探針50中，設(shè)置有如圖1所示的在量子電池10中的層疊充電層18后的功能層，相對(duì)于層疊了充電層18的制作中的量子電池10，半導(dǎo)體探針50與充電層18的頂部垂直緊密接觸。這使半導(dǎo)體探針50能夠作為量子電池運(yùn)作，由此對(duì)充電層進(jìn)行評(píng)價(jià)。在半導(dǎo)體探針50中層疊了探針電極54和金屬氧化物半導(dǎo)體56的狀態(tài)下，可以在量子電池層疊了充電層18后評(píng)價(jià)充電層18。
[0085]然而，半導(dǎo)體探針50的表面(即ρ-型金屬氧化物半導(dǎo)體56的表面)是硬的，因此，由于在與量子電池的充電層接觸時(shí)的推壓，可能刮傷量子電池的充電層。這是因?yàn)槌潆妼邮歉采w有絕緣被膜，而該絕緣被膜是有機(jī)硅等的樹(shù)脂，其表面與金屬相比更軟。
[0086]因此，充電層(為了區(qū)別于量子電池的充電層，稱其為充電層58)由與量子電池的充電層相同的材料形成，該充電層進(jìn)一步層疊在本發(fā)明半導(dǎo)體探針50的金屬氧化物半導(dǎo)體56上。
[0087]金屬氧化物半導(dǎo)體56的材料和膜厚都沒(méi)有限制，但優(yōu)選為與作為測(cè)量目標(biāo)物的量子電池10相同的材料和層厚。這進(jìn)一步提高了量子電池的充電層的電特性評(píng)價(jià)的精確度。
[0088]相比之下，用于評(píng)價(jià)測(cè)試的半導(dǎo)體探針50的探針電極54僅需要具備導(dǎo)電性即可，并不需要具備與作為測(cè)量目標(biāo)物的量子電池10相同的材料和層厚，因此，可使用金屬板、鍍層板、導(dǎo)電性樹(shù)脂等。
[0089]支持體52僅需要具備便于操作半導(dǎo)體探針50的形狀，優(yōu)選由絕緣材料形成。進(jìn)一步，支持體52可以被制成具有使半導(dǎo)體探針50的前端部與充電層緊密接觸的功能，在該情況下，支持體52由彈性體形成并對(duì)半導(dǎo)體探針50施加壓力。通過(guò)彈性體控制半導(dǎo)體探針50的充電層18之間的接觸壓力，能夠使其施加適當(dāng)?shù)膲毫亩岣呙芎闲?。作為彈性材料的具體實(shí)例，可使用彈性體，也可使用各種彈性體。
[0090]使支持體52為彈性體的目的是，向由微粒構(gòu)成的充電層18的粗糙表面施加適當(dāng)?shù)慕佑|壓力，從而提高半導(dǎo)體探針50與量子電池的充電層的密合性，而為了該目的，支持體52的一部分可以由彈性體構(gòu)成，以形成固體和彈性體結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)。
[0091]其次，將會(huì)描述使用本發(fā)明的半導(dǎo)體探針測(cè)量量子電池的電特性的充放電特性測(cè)試裝置。
[0092]圖6表示使用本發(fā)明的半導(dǎo)體探針的充放電特性測(cè)試裝置60的概略圖，并且表示在評(píng)價(jià)量子電池內(nèi)充電層的充電特性時(shí)的示意圖。其由半導(dǎo)體探針50、恒流電源62以及待測(cè)量目標(biāo)物構(gòu)成。使半導(dǎo)體探針50的探針充電層58通過(guò)壓力與作為待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池的充電層18緊密接觸。由此形成層疊了作為量子電池的所有功能層的狀態(tài)。在評(píng)價(jià)充電特性時(shí)，恒流電源62用作充/放電電流源。
[0093]作為待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池處于制作工藝中途，其中，在基板12上層疊了基電極14、η-型金屬氧化物半導(dǎo)體16以及充電層18。作為待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池，例如基板12使用聚酰亞胺薄膜，基電極14使用銅合金、η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層16使用二氧化鈦。進(jìn)一步，充電層18由覆蓋有有機(jī)硅的二氧化鈦微粒構(gòu)成，并在測(cè)定前進(jìn)行紫外線照射。
[0094]半導(dǎo)體探針50的探針電極54與量子電池的基電極14相連，用恒流電源62的電流為探針充電層58和量子電池的充電層18進(jìn)行充電。電壓限制器設(shè)置于恒流電源66處，將上限電壓設(shè)為在該情況下為量子電池的充電電壓值，以保護(hù)充電層。充電電壓由電壓計(jì)64測(cè)量，而從充電電壓的上升特性可以獲得量子電池的充電特性。
[0095]利用充電層58設(shè)置于半導(dǎo)體探針50內(nèi)的特征，還能夠在層疊量子電池的充電層之前的狀態(tài)進(jìn)行電極評(píng)價(jià)，所述電極評(píng)價(jià)作為在制作工藝中的待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池的評(píng)價(jià)。在量子電池的基板12上層疊了基礎(chǔ)電極14的狀態(tài)使用半導(dǎo)體探針50進(jìn)行充電特性評(píng)價(jià)，能夠評(píng)價(jià)作為電極的基電極14。同樣，在基板12上層疊了基電極14和η-型金屬氧化物半導(dǎo)體16的狀態(tài)，可以進(jìn)行類似的評(píng)價(jià)。
[0096]圖7表示使用本發(fā)明的半導(dǎo)體探針的充/放電特性測(cè)試裝置60的概略圖，并且表示對(duì)量子電池的充電層的放電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)的示意圖。其由半導(dǎo)體探針50、放電電阻66以及待測(cè)量目標(biāo)物構(gòu)成。與圖6所示的充電特性評(píng)價(jià)相比，恒流電源62被切換到放電電阻
66ο
[0097]由恒流電源62充完電的量子電池的充電層18和探針充電層58通過(guò)電流流過(guò)放電電阻66而釋放存儲(chǔ)于其中的電能。電壓計(jì)64測(cè)量隨時(shí)間而下降的通過(guò)放電電阻66的電壓的特性，由此獲得放電特性。
[0098]圖8表示由充/放電特性測(cè)試裝置60測(cè)量的、層疊了充電層的量子電池的充放電特性70的測(cè)量結(jié)果的示例。在如圖8所示的測(cè)量中，上限電壓設(shè)為1.5V。在由恒流電源62開(kāi)始充電時(shí)，電壓呈直線性增長(zhǎng)直到限值電壓。電壓的傾斜根據(jù)恒流電源62的電流值而不同，但會(huì)在預(yù)先設(shè)定的電流值下呈穩(wěn)定的傾斜，并且通常以I秒以下進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)量子電池的充電層18存在不良時(shí)，例如，充電層14中存在未充電區(qū)域時(shí)，傾斜將呈現(xiàn)不均，充電量會(huì)下降，導(dǎo)致呈現(xiàn)圖8中虛線所示的傾斜。
[0099]在評(píng)價(jià)充電特性后，充/放電特性測(cè)試裝置60的恒流電源62被切換到放電電阻66，并且評(píng)價(jià)放電特性。放電特性取決于放電電阻66的電阻值RL。圖8所示的放電特性表示將電阻值RL設(shè)為100ΜΩ、10ΜΩ、0.9ΜΩ時(shí)的情況。顯示了取決于放電電阻66的電阻值RL的放電特性隨時(shí)間的變化，其中使切換到放電電阻66的時(shí)間為O。
[0100]關(guān)于放電特性，當(dāng)量子電池的充電層18存在不良時(shí)，例如，圖8中放電電阻RL設(shè)為100ΜΩ，充電層14中存在未充電區(qū)域時(shí)，傾斜將出現(xiàn)不均，充電量會(huì)下降，導(dǎo)致呈現(xiàn)圖8中虛線所示的傾斜。
[0101]量子電池的充電層14的局部測(cè)量能夠?qū)Τ潆妼?4的特性分布進(jìn)行測(cè)量。在該情況下，半導(dǎo)體探針50的前端部形狀，更具體地，其中層疊探針電極54、金屬氧化物半導(dǎo)體56以及探針充電層58的部分的形狀可以為比充電層14的面積小的正方形、長(zhǎng)方形、或圓形，并且僅需要能夠?qū)α孔与姵?0的充電層18的局部進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0102]圖9表示從正面看的半導(dǎo)體探針50的前端部的一示例，其中，層疊在支持體52上的部分被分割成長(zhǎng)方形。在支持體52的縱向和橫向的各方向上，沿X軸和Y軸方向分別排列了五個(gè)各由探針電極54、金屬氧化物半導(dǎo)體56、探針充電層58層疊形成的部分，以完整地覆蓋量子電池的充電層18。當(dāng)量子電池的充電層區(qū)域的尺寸為8mmX25mm時(shí)，多個(gè)局部半導(dǎo)體探針，例如，每個(gè)尺寸為1.3_X4.9mm，將形成于半導(dǎo)體探針50的前端表面。
[0103]對(duì)應(yīng)于充電層18的充電對(duì)應(yīng)區(qū)域68以圖9中的虛線顯示。使用半導(dǎo)體探針50能夠同時(shí)測(cè)量由將充電層18部分分割而成的區(qū)域的電特性。因此，能夠測(cè)量電特性的分布和變化，并且能夠同時(shí)測(cè)量被分割部分之間的差異。
[0104]需要注意的是，在支持體52中為每個(gè)被分割的探針電極54設(shè)置通孔電極，可以使充/放電電流源獨(dú)立地與各探針電極連接。
[0105]進(jìn)一步，在大量制作量子電池時(shí)，將會(huì)在一個(gè)基板上同時(shí)制作多個(gè)量子電池。當(dāng)在基板上設(shè)置多個(gè)作為待測(cè)量目標(biāo)物的量子電池的充電層時(shí)，對(duì)應(yīng)于所有充電層的整體形成的半導(dǎo)體探針50能夠同時(shí)評(píng)價(jià)所述多個(gè)充電層。在該情況下的半導(dǎo)體探針被形成為如下結(jié)構(gòu):使支持體52形成為能夠覆蓋量子電池的所有充電層的尺寸，在支持體52上對(duì)應(yīng)各個(gè)充電層的位置上以對(duì)應(yīng)的尺寸形成層疊了探針電極54、金屬氧化物半導(dǎo)體5以及探針充電層58的層疊部分。
[0106]半導(dǎo)體探針50不限于在支持體52的平面上形成層疊部分的結(jié)構(gòu)，也可使支持體為圓柱形形狀，而層疊部分形成在其外圍表面這樣的結(jié)構(gòu)。
[0107]圖10表示圓柱形半導(dǎo)體探針72。圖10中，在圓柱形支持體74的外圍表面上層疊了彈性體層76、探針電極54、金屬氧化物半導(dǎo)體56以及探針充電層58，并且對(duì)探針充電層58照射紫外線。圓柱形支持體74為金屬軸，并且施壓使彈性體層76變形，從而能夠與待測(cè)量目標(biāo)物以某種固定的寬度接觸，并并且提高與待測(cè)量目標(biāo)物的密合性。
[0108]圖11為采用圓柱形圓柱形半導(dǎo)體探針72的充/放電特性測(cè)量裝置74的示意圖。當(dāng)使用圓柱形半導(dǎo)體探針72測(cè)量量子電池的充電層時(shí)，圓柱形支持體74在施壓時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，如圖11所示，圓柱形圓柱形半導(dǎo)體探針72在與充電層18以寬度WL接觸時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，以在表面上移動(dòng)。進(jìn)一步，在固定圓柱形圓柱形半導(dǎo)體探針72為可轉(zhuǎn)動(dòng)下，可使量子電池轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0109]在評(píng)價(jià)充電特性時(shí)，恒流電源62與圓柱形半導(dǎo)體探針72的探針電極54以及量子電池的基電極14連接，并且使電流流過(guò)。通過(guò)使用電壓計(jì)64測(cè)量探針電極54和基電極14之間的電壓，能夠獲得充電特性。
[0110]由于充電層18在圓柱形半導(dǎo)體探針72轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行充電，在任何時(shí)間都會(huì)測(cè)量出恒定的電壓。
[0111]圖12為使用圓柱形半導(dǎo)體探針72的充電特性82的示例。垂直軸指測(cè)量的電壓，水平軸指X，即以量子電池的充電層18的寬度^標(biāo)準(zhǔn)化的充電層18的位置。電壓為1.3V。該電壓值通過(guò)圓柱形半導(dǎo)體探針72的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和恒流電源62的電流值來(lái)確定。例如，若量子電池的充電層18中存在沒(méi)有形成充電層18的缺陷部分，該缺陷部分將不具備充電能力，并且使用恒流電源進(jìn)行充電時(shí)，電流將會(huì)流到正常狀態(tài)的其他充電層18，從而提升電壓。圖12中虛線所示部分為缺陷部分84。由評(píng)價(jià)結(jié)果能夠鑒定出充電層18的缺陷部分。
[0112]采用圓柱形半導(dǎo)體探針72的充電特性中，由于圓柱形半導(dǎo)體探針72的轉(zhuǎn)動(dòng)，探針充電層58和量子電池的充電層18在充電后將彼此分離。量子電池的儲(chǔ)存電能原理為，充電時(shí)形成的能級(jí)的空穴與基電極14中的電子14介由絕緣膜形成空穴-電子對(duì)。
[0113]因此，探針充電層58和量子電池的充電層18在充電后彼此分離后，沒(méi)有電子與探針充電層58的空穴成對(duì)，從而空穴將擴(kuò)散于探針電極52內(nèi)，并且消失。另一方面，在量子電池的充電層18，由于存在有儲(chǔ)存電子的基電極14，空穴將殘留在充電層內(nèi)。所以，在量子電池的充電層18被充電后，可以使用圓柱形半導(dǎo)體探針72評(píng)價(jià)放電特性。
[0114]圖13為使用圓柱形半導(dǎo)體探針72評(píng)價(jià)充電特性后，再次使用圓柱形半導(dǎo)體探針72評(píng)價(jià)放電特性的示例。垂直軸指測(cè)定的電壓，水平軸指X，即以量子電池的充電層18的寬度^標(biāo)準(zhǔn)化的充電層10的位置。
[0115]僅放電了量子電池的充電層18內(nèi)的電能，而沒(méi)有在探針充電層58中儲(chǔ)存電能。使放電電阻RL為10ΜΩ。對(duì)于放電特性，與充電時(shí)同樣，在圓柱形半導(dǎo)體探針72轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行放電，而任何時(shí)候都將測(cè)量出恒定的電壓。若量子電池的充電層18中存在不良，充電量會(huì)降低，并且導(dǎo)致圖13中虛線所示那樣降低缺陷部分88處所測(cè)量的電壓。以上述方法，也可由放電特性來(lái)進(jìn)行充電層18的評(píng)價(jià)。
[0116]圖14為使用兩個(gè)圓柱形半導(dǎo)體探針72的充/放電特性測(cè)量裝置90。通過(guò)使用圓柱形半導(dǎo)體探針72-1與恒流電源62，電壓計(jì)64-1測(cè)量電壓從而獲得充電特性。在圓柱形半導(dǎo)體探針72-1之后通過(guò)使用圓柱形半導(dǎo)體探針72-2并在放電電阻66進(jìn)行放電，電壓計(jì)64-2測(cè)量電壓，可獲得充電后的放電特性。按照該充/放電特性測(cè)量裝置90，能夠同時(shí)測(cè)量充電特性和放電特性，并能夠進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。
[0117]圖15為具備接地電極的圓柱形半導(dǎo)體探針92的橫截面圖，作為圓柱形半導(dǎo)體探針的另一實(shí)施例，所述接地電極設(shè)置有接地電極部以與量子電池的基電極電連接。圓柱形支持體74設(shè)置有平行于充電層測(cè)量探針部94的接地電極部96。
[0118]在充電層測(cè)量探針部94，為了與充放電電源連接，彈性體層76和電極部54的一部分沒(méi)有被金屬氧化物半導(dǎo)體56和探針充電層58所覆蓋，而是設(shè)置了與充/放電電源連接的充放電電源連接部。在接地電極部96上，接地電極78設(shè)置于彈性體層76-1上。接地電極78與量子電池的基電極連接，以形成接地。充/放電電源與充/放電電源連接部98和接地電極78相連。
[0119]例如，如圖15所示，具備接地電極的圓柱形半導(dǎo)體探針92，通過(guò)對(duì)圓柱形支持體74的兩端施加壓力P，使彈性體層76、76-1變形，進(jìn)而提升待測(cè)量目標(biāo)物的密合性。
[0120]圖16是通過(guò)如圖15所示的具備接地電極的圓柱形半導(dǎo)體探針92測(cè)量其充/放電特性的量子電池的平面圖。層疊在基板12上的基電極14比充電層18更寬，導(dǎo)致當(dāng)具備接地電極的圓柱形半導(dǎo)體探針92通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)而測(cè)量充/放電特性時(shí)，在該探針中設(shè)置的接地電極部96與基電極部連接，并且充電層測(cè)量探針部94與充電層18連接。
[0121]進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種采用半導(dǎo)體探針的充/放電特性測(cè)量方法，該方法包括:準(zhǔn)備通過(guò)層疊導(dǎo)電性電極、由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層、向其中充入電能的充電層以及支持體而構(gòu)成的半導(dǎo)體探針，待測(cè)量目標(biāo)物，進(jìn)行充/放電的充/放電電流源，和對(duì)在充放電時(shí)的待測(cè)量目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量的電壓計(jì)；以及使半導(dǎo)體探針與待測(cè)量目標(biāo)物接觸；由充/放電電流源進(jìn)行充/放電；以及由電壓計(jì)對(duì)待測(cè)量目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量。
[0122]盡管以上已經(jīng)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明包括不損害其目的和優(yōu)點(diǎn)的合適變形，并且不限于上述實(shí)施方式。
[0123]符號(hào)說(shuō)明
[0124]10量子電池
[0125]12 基板
[0126]14基電極
[0127]16 η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層
[0128]18充電層
[0129]20 ρ-型金屬氧化物半導(dǎo)體層
[0130]22對(duì)向電極
[0131]26 η-型金屬氧化物半導(dǎo)體
[0132]28絕緣被膜
[0133]30 電極
[0134]32中間結(jié)晶層
[0135]34 η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層
[0136]36 導(dǎo)帶
[0137]38 價(jià)帶
[0138]40費(fèi)密能級(jí)
[0139]42紫外線
[0140]44 電子
[0141]46 空穴
[0142]48 能級(jí)
[0143]50半導(dǎo)體探針
[0144]52支持體
[0145]54探針電極
[0146]56金屬氧化物半導(dǎo)體
[0147]58探針充電層
[0148]60,80充/放電特性測(cè)量裝置
[0149]62恒流電源
[0150]64,64-1,64-2 電壓計(jì)
[0151]66放電電阻
[0152]68充電層對(duì)應(yīng)區(qū)域
[0153]70量子電池的充/放電特性
[0154]72,72-1,72-2圓柱形半導(dǎo)體探針
[0155]74圓柱形支持體
[0156]76,76-1 彈性體層
[0157]78接地電極
[0158]82使用圓柱形半導(dǎo)體探針的充電特性
[0159]84，88缺陷部分
[0160]86使用圓柱形半導(dǎo)體探針的放電特性
[0161]90使用兩個(gè)圓柱形半導(dǎo)體探針的充/放電特性測(cè)試裝置
[0162]92帶有接地電極的圓柱形半導(dǎo)體探針
[0163]94充電層測(cè)量探針部
[0164]96接地電極部
[0165]98充/放電電源連接部
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體探針，其是通過(guò)層疊以下而構(gòu)成的: 導(dǎo)電性電極； 由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層； 向其中充入電能的充電層；和 支持體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述充電層是覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述充電層是η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體覆蓋有絕緣材料，并且通過(guò)紫外線照射發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)，從而捕獲電子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體是二氧化鈦、氧化錫和氧化鋅中的一種；或通過(guò)組合二氧化鈦、氧化錫和氧化鋅中的兩種或三種而制成的復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體探針，其中，覆蓋所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體的絕緣材料是絕緣樹(shù)脂或無(wú)機(jī)絕緣材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述金屬氧化物半導(dǎo)體是P-型半導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述P-型半導(dǎo)體是氧化鎳或氧化銅/氧化銷O
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述金屬氧化物半導(dǎo)體是η-型半導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述η-型半導(dǎo)體是二氧化鈦、氧化錫和氧化鋅中的一種；或通過(guò)組合二氧化鈦、氧化錫和氧化鋅中的兩種或三種而制成的復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述電極是導(dǎo)電性金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述支持體的至少一部分為彈性體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針，其中，所述支持體為圓柱形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體探針，其中，圓柱形狀的所述支持體配置有接地電極部。
14.一種充/放電特性測(cè)試裝置，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體探針； 待測(cè)量的目標(biāo)物； 進(jìn)行充/放電的充/放電電流源；以及 在充/放電時(shí)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量的電壓計(jì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)試裝置，其中，在待測(cè)量的目標(biāo)物中，導(dǎo)電性基電極或基電極和η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層層疊在基板上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)試裝置，其中，在待測(cè)量的目標(biāo)物中，基電極或基電極和η-型金屬氧化物半導(dǎo)體層疊在基板上，并且在其上進(jìn)一步層疊由覆蓋有絕緣材料的η-型金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的充電層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測(cè)試裝置，其中，在待測(cè)量的目標(biāo)物中的充電層由與所述半導(dǎo)體探針中的充電層的材料相同的材料制成，并且具有η-型金屬氧化物半導(dǎo)體，所述η-型金屬氧化物半導(dǎo)體覆蓋有絕緣材料且通過(guò)紫外線照射發(fā)生光致激發(fā)結(jié)構(gòu)變化以在帶隙中形成能級(jí)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)試裝置，其中，所述半導(dǎo)體探針以覆蓋待測(cè)量的目標(biāo)物的全部表面的方式與所述目標(biāo)物緊密接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)試裝置，其中，所述半導(dǎo)體探針以覆蓋待測(cè)量的多個(gè)目標(biāo)物的全部表面的方式與所述多個(gè)目標(biāo)物緊密接觸，從而能夠同時(shí)測(cè)量所述多個(gè)目標(biāo)物。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測(cè)試裝置，其中，所述半導(dǎo)體探針以覆蓋待測(cè)量的目標(biāo)物的一部分的方式與所述待測(cè)量物接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的測(cè)試裝置，其中，所述半導(dǎo)體探針具有圓柱形狀的支持體，并且在待測(cè)量的目標(biāo)物的表面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)評(píng)價(jià)充/放電特性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的測(cè)試裝置，其中，使用各自具有圓柱形狀的支持體的兩個(gè)半導(dǎo)體探針，所述半導(dǎo)體探針之一評(píng)價(jià)待測(cè)量的目標(biāo)物的充電特性，而所述半導(dǎo)體探針的另一探針評(píng)估待測(cè)量的目標(biāo)物的放電特性。
23.一種使用半導(dǎo)體探針的充/放電特性測(cè)試方法，所述方法包括: 準(zhǔn)備半導(dǎo)體探針、待測(cè)量的目標(biāo)物、進(jìn)行充/放電的充/放電電流源和電壓計(jì)，其中，所述半導(dǎo)體探針是通過(guò)層疊導(dǎo)電性電極、由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層、向其中充入電能的充電層、和支持體而構(gòu)成的，所述電壓計(jì)在充/放電時(shí)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量；以及 使所述半導(dǎo)體探針與待測(cè)量的目標(biāo)物接觸；通過(guò)充/放電電流源進(jìn)行充/放電；以及通過(guò)所述電壓計(jì)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電壓進(jìn)行測(cè)量。
24.一種使用半導(dǎo)體探針的充/放電特性測(cè)試方法，所述方法包括: 準(zhǔn)備半導(dǎo)體探針、待測(cè)量的目標(biāo)物、在對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物充電時(shí)進(jìn)行充電的電壓電源、在從待測(cè)量的目標(biāo)物放電時(shí)進(jìn)行放電的電阻器、和在充/放電時(shí)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電流進(jìn)行測(cè)量的安培計(jì)，其中所述半導(dǎo)體探針是通過(guò)層疊導(dǎo)電性電極、由金屬氧化物半導(dǎo)體制成的金屬氧化物半導(dǎo)體層、向其中充入電能的充電層、和支持體而構(gòu)成的；以及 使所述半導(dǎo)體探針與待測(cè)量的目標(biāo)物接觸；并且在充電時(shí)，通過(guò)電壓電源充電，并且通過(guò)安培計(jì)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電流進(jìn)行測(cè)量，以及在放電時(shí)，將電壓電源切換至所述電阻器，通過(guò)安培計(jì)對(duì)待測(cè)量的目標(biāo)物的電流進(jìn)行測(cè)量。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104471694SQ201280073641
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】出羽晴匡, 檜皮清康, 中澤明 申請(qǐng)人:日本麥可羅尼克斯股份有限公司, 刮拉技術(shù)有限公司