[发明专利]制备金属氧化物薄膜、电容器、氢分离膜-电解质膜组合件和燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备金属氧化物薄膜、电容器、氢分离膜-电解质膜组合件和燃料电池的方法。

背景技术

作为制备金属氧化物薄膜的方法，已知：利用浸渍涂覆法或旋转涂覆法将金属氧化物前体溶液施加到基底上，然后加热，从而形成氧化物薄膜的方法；和利用化学气相沉积法将金属氧化物前体溶液施加到基底上，然后加热，从而形成氧化物薄膜的方法。虽然这些方法相对简单，但要形成具有足够高的厚度均匀性的薄膜需要满足非常苛刻的条件。从此观点出发，这些形成薄膜的方法并不总是容易的。还已知通过向基底上溅射金属氧化物而在基底上形成薄膜的方法。然而，这种方法需要大规模的设备。

除了上述方法，近年来，已开发出通过电镀在基底上形成金属氧化物薄膜的技术。当通过电镀形成金属氧化物薄膜时，设备成本低且形成工艺简单。因此，这种基于电镀的形成方法能够容易地实际应用。在典型的金属氧化物电镀方法中，使用含金属离子的溶液作为电镀溶液。例如，日本专利申请特开2002-194556(JP-A-2002-194556)公开了使用含有Pb(铅)离子、Zr(锆)离子、Ti(钛)离子、La(镧)离子或硝酸根离子以及还原剂的水溶液作为电镀溶液的方法。

根据这种技术，所述还原剂在所述基底的表面上将硝酸根离子还原成亚硝酸根离子。同时，由于所述基底表面产生的氢氧根，金属离子以氢氧化物或氧化物的形式聚集到所述基底的表面。另一方面，已知另一种方法，在该方法中，通过施加电压代替使用还原剂，在导电基底上形成氢氧根，并使金属氢氧化物或金属氧化物电镀到所述基底的表面上。

但是，根据JP-A-2002-194556中所述的技术，当形成通常用于电容器的高介电的钽氧化物薄膜或高介电的铌氧化物薄膜时，不能使用基于水的电镀溶液，因为钽离子和铌离子不溶于水。

鉴于上述，已知如下技术：将由金属钽或金属铌等制成的阳极和作为导电电镀目标的阴极放入腐蚀性有机溶液中并对所述阳极和阴极施加电压使所述阳极腐蚀性溶解，因阳极腐蚀性溶解而产生的金属离子和所述阴极上产生的氢氧根或氧离子相互反应，从而实现氧化物电镀。

例如，作为腐蚀性有机溶剂，已知通过向丙酮中加入溴或碘获得的那些(参见Kai Kamada，Maki Mukai和YasumichiMatsumoto，“Anodic Dissolution of tantalum and niobium inacetone solvent with halogen additives for electrochemical synthesisof Ta₂O₅ and Nb₂O₅ thin films”，Elecrochimica Acta，第49卷，第321-327页)。在这种方法中，在所述阳极和所述阴极间施加50V的电压。

本发明人根据这种方法用钯板作为电镀目标形成了钽氧化物薄膜，但是，由于由所述阳极产生的氢等原因，所形成薄膜的厚度不均匀。

发明内容

本发明提供一种使用有机溶剂作电镀溶液，制备具有高厚度均匀性和高致密性的金属氧化物薄膜的方法。

本发明的第一方面涉及制备金属氧化物薄膜的方法，所述方法包括电镀步骤，在该步骤中使用含二甲基亚砜和卤素的基于甲基酮的有机溶液作为电镀溶液。根据本方法，由于所述有机溶液中含有的卤素和二甲基亚砜，所形成的金属氧化物薄膜具有高厚度均匀性和高致密性，此外，使用腐蚀性的有机溶液使得能够形成非水溶性金属氧化物的薄膜。

上述方法还可包括热处理步骤，在该步骤中对由所述电镀步骤得到的金属氧化物薄膜或金属氢氧化物薄膜进行加热。在该情况下，即使由所述电镀步骤产生的所述薄膜是非晶的，也能形成结晶的金属氧化物薄膜。

此外，在上述方法中，所述基于甲基酮的有机溶液可含有供质子有机物质。在该情况下，所述基于甲基酮的有机溶液的电导率增加，从而使薄膜形成得更快。此外，在上述方法中，所述供质子有机物质可包括甲醇、乙醇、丙醇和乙酸中的至少一种，所述卤素可为溴。

本发明的第二方面涉及制备电容器的方法，所述方法包括：制备第一电极的制备步骤；电介质部分形成步骤，在该步骤中利用根据本发明第一方面所述的方法在所述第一电极上形成由金属氧化物薄膜构成的电介质部分；以及电极形成步骤，在该步骤中在所述电介质部分上形成第二电极。根据本方法，可以制备出包含具有高厚度均匀性和高致密性的电介质部分的电容器。