具有包封電極的微放電裝置及制作方法

專利名稱：具有包封電極的微放電裝置及制作方法
技術領域：
本發明涉及微放電裝置。
背景技術：
微等離子體(微放電)裝置已經研究了將近十年，且已經制作出具有尺寸小至10μm的微腔的裝置。已經制作出約4cm2芯片面積內像素多達4×104個的微等離子體裝置陣列，封裝密度為每cm2104個像素。此外，已經展示了這些裝置在可見光及紫外光范圍的光電探測、環境檢測、以及半導體的等離子體蝕刻的多種領域中的應用，且目前正在探究一些應用的商業前景。迄今為止所報導的許多微等離子體裝置是由直流電壓驅動，并結合了由基本上均勻材料形成的介電膜。與微等離子體裝置的預想應用無關，這種技術的成功將取決于多個因素，其中最終要的因素為制造成本、壽命、以及輻射效率。

發明內容
本發明的一個實施例為包括包封在電介質內的第一電極的微放電裝置，該電介質可以為納米孔介電膜。提供也可以用電介質包封的第二電極。這些電極配置成，當時變(AC、RF、雙極或脈沖DC等)電勢施加在電極之間時，在微腔內觸發放電。在本發明的具體實施例中，第二電極可以是覆蓋微腔開口的網，且該微腔在一端閉合。在本發明的一些實施例中，該第二電極可以與第一電極直接接觸。在其他實施例中，一間隙分隔這些電極。
在具有包封電極的微放電裝置的優選制造方法中，金屬基板被用于形成納米孔介電包封電極并溶解介電層的一部分。該介電層隨后再次被陽極化，形成納米孔介電包封電極，其納米尺寸介電結構具有改善的規則性。在本發明的一些實施例中，電介質內的柱狀孔洞可以用一種以上的材料回填，以進一步調整電介質的性能。


參考結合附圖進行的下述詳細描述，可以更容易地理解本發明的前述特征，附圖中圖1A-1F示出了根據本發明實施例的納米孔包封金屬微等離子體電極制作工藝的圖示；圖1G和1H為圖1所示工藝中另外工藝步驟的圖示；圖1I示出了圖1A-1F、1G和1H所示工藝的流程圖；圖2A示出了根據本發明實施例的具有包封電極的微放電裝置的剖面圖；圖2B示出了圖2A的裝置的俯視圖；圖3A示出了根據本發明實施例的具有包封電極和用于另一個電極的包封金屬網的微放電裝置的剖面圖；圖3B示出了圖3A的裝置的俯視圖；圖4示出了根據本發明實施例的微腔一端閉合的微放電裝置的剖面圖；圖5示出了兩個電極都被包封的與圖2的裝置類似的裝置；圖6示出了兩個電極未直接物理接觸的圖5的裝置的層疊形式；圖7示出了根據本發明實施例，形成線性陣列的圖5的裝置的層疊形式，其中電極對直接物理接觸；圖8示出了根據本發明實施例的微腔形成平面陣列的微放電結構；圖9示出了根據本發明實施例的用于顯示器應用的微放電裝置陣列，其中像素是可單獨尋址的；圖10示出了根據本發明另一個實施例的由柱面上多個介電包封微腔以及中心電極形成的微放電裝置陣列；圖11示出了圖10的裝置的兩級形式；圖12示出了直徑100μm的Al/Al2O3裝置在氖氣中在幾個交流激勵頻率數值下的電壓-電流特性；以及圖13示出了直徑100μm的Al/Al2O3裝置在Ar∶N2(2％)混合物中在兩個壓力數值下的電壓-電流特性。
具體實施例方式
在本發明的特定實施例中，柱狀納米結構電介質生長在金屬基板上以形成微放電電極。該金屬基板可具有任意形式，例如薄膜、箔片、板、桿或管。這種方法有利于制作可以容納任意表面形狀的微放電裝置陣列。首先陽極化可為鋁的金屬基板，由此生長該電介質。得到的介電層的一部分隨后被溶化(溶解)，且接著執行第二陽極化步驟。得到介電結構是高度規則的且是納米孔狀的，具有非常均勻的、直徑為幾十到幾百納米的柱狀腔體。在本發明的一些實施例中，納米尺寸的腔體隨后用特定材料(電介質或電導體)回填，以進一步調整結構的性能。與例如體材料或薄膜的傳統介電材料相比，得到的包封金屬表現出優異的性能，例如高的擊穿電勢。
在本發明第一實施例中，提供了一種微放電裝置，其包括包封在電介質內的第一電極，該電介質可以是納米孔介電膜。提供了也可由電介質包封的第二電極。這些電極配置成，當時變(AC、RF、雙極或脈沖DC等)電勢施加在電極之間時，在微腔內觸發放電。在本發明的具體實施例中，第二電極可以是覆蓋微腔開口的網，且該微腔在一端閉合。在本發明的一些實施例中，第二電極可以與第一電極直接接觸。在其他實施例中，一間隙分隔這些電極。
在本發明的另一個實施例中，提供了一種微放電裝置陣列。該陣列包括多個電極對。各個電極對包括第一電極和第二電極，每個電極包括由電介質包封的金屬。各個電極對配置成，當時變電勢施加在電極之間時觸發相應微腔內的放電。在本發明的具體實施例中，該電極對層疊，形成微放電裝置的線性陣列。
在本發明的又一個實施例中，提供了一種微放電裝置陣列，其包括平面電極陣列，各個平面電極陣列包括包封在電介質內的多個金屬電極。包封電極陣列形成多個微腔。公共電極配置成，當電勢施加在公共電極和該電極陣列之間時在各個微腔內觸發放電。在一些實施例中，公共電極對于由該陣列發射的光是透明的。
在本發明另一個實施例中，提供了用于顯示器應用的微放電裝置陣列。該陣列包括包括由第一電介質包封的金屬的第一電極；與該第一電極相關聯的多個微腔；包括由第二電介質包封的金屬的第二電極；以及與該第二電極相關聯的多個微腔。該第一電極和第二電極配置成，當電勢施加于該第一和第二電極之間時觸發特定微腔內的微放電，但是要求該特定微腔為該第一多個微腔和該第二多個微腔中的一個構件。
在本發明另一個實施例中，提供了一種包括金屬柱(管)的柱形微放電裝置陣列。多個微腔形成于柱體的內表面上，其隨后被電介質包封。電極沿柱體的中心軸布置，且該電極配置成，當時變電勢施加在該電極和柱體之間時觸發各個微腔內的放電。通過沿中心電極引入氣流，可以實現毒性氣體補救。電勢施加在中心電極和柱體之間以在各個微腔內觸發放電。當氣體流過微腔時，該放電離解氣體內的雜質。在本發明其他實施例中，該結構可以用于對流過柱體的氣體進行光化學處理。其還可以用做激光的增益介質。
針對例如醫藥和光聚合(材料的光學加工)應用中要求的縮放有效長度與/或面積的目的，本發明的實施例引入了微放電裝置陣列幾何和結構。
注意，在說明書以及任何所附權利要求中，“層”可以在在單個步驟或者多個步驟(例如沉積)內形成，除非另外指出。
圖1A-1F示出了根據本發明實施例的在金屬上生長納米孔電介質的工藝，此處該金屬為鋁。Al2O3納米孔介電層20可以生長在鋁基板10上，鋁基板10可以為任意形式，包括但不限于薄膜、箔、板、桿或管。鋁基板應該通過例如電化學或者其他化學拋光方法先徹底清洗，例如通過將基板置于例如高氯酸的酸蝕刻劑的浴液中(圖1A)。該工藝還用于從表面除去某些不規則，由此使表面變得更平坦。下一個步驟是通過包括微鉆孔和化學蝕刻的各種技術中的一種或多種在金屬內形成具有期望剖面和陣列模式的微腔(圖1B)。(微腔為特征尺寸(直徑、矩形的長度等)約為500μm以下的腔體)。隨后通過陽極化Al 10而開始該電介質沉積工藝，形成具有柱狀孔洞25的Al2O3的納米孔表面20(圖1C)，但是該表面具有不規則的納米結構。可以在酸溶液中發生該陽極化，以金屬基板為陽極，以合適的材料例如石墨、銅或鉑為陰極。在本發明一個實施例中，該酸溶液為濃度為0.3-0.4M的草酸，溫度優選低于約15攝氏度。溶液溫度的選擇代表了一種權衡越高的溶液溫度使電介質沉積更快，但是該介電結構規則性降低。在本發明其他實施例中，硫酸、磷酸、鉻酸、或者有機與無機酸的混合物可以用做陽極化溶液。
接著，通過溶解除去納米柱20得到圖1D所示的結構。通過例如對沉積的電介質涂布鉻酸和氯化汞的混合物(或者其他鋁蝕刻劑溶液，例如Transetch NTM)，可以實現這種溶解。再次陽極化可視為模板的剩余結構，在圖1E所示電介質柱40之間形成結構非常規則的柱狀孔洞45。該第二陽極化可以按照與前述第一陽極化相同的方式實現。在本發明具體實施例中，該介電材料40的厚度可以從幾百納米(“nm”)變化到幾百微米。此外，通過改變溶劑和陽極化條件(溫度和摩爾濃度)，電介質內柱狀孔洞45的直徑可以調整為幾十到幾百nm。
由該工藝形成的金屬/納米結構的電介質結構可有利地用做微等離子體裝置內的電極。可以根據該裝置內所期望的性能，調整沉積于電極不同部分上的納米孔電介質的厚度。例如，位于將毗鄰微放電腔體的電極的部分上的介電層的厚度可以優選地設置于5微米至30微米的范圍內。更厚的介電層會提高電介質的擊穿電壓以及電介質耐物理工藝和化學腐蝕的壽命，但是也會提高觸發微腔內放電所需的電壓。不毗鄰微腔的電極其他部分有利地覆蓋有更厚的介電層，例如約40微米以上。該更厚的介電層可以延長電極的壽命，也可以防止微腔外部區域內的電學擊穿。形成于電極的不同部分上的介電層的厚度可以通過使用掩模劑進行控制，例如用于光刻的光敏抗蝕劑，或者通過本領域已知的其他掩模技術。在本發明的一些實施例中，形成于將接觸微放電腔體的電極部分上的介電層的厚度與電極其他部分上的介電層的厚度的比例可設為約1∶2至1∶4。
其他材料可以有利地替代本發明先前實施例中的鋁。例如，諸如鈦、鎢、鋯、和鈮的各種金屬可以用做基板，在其上通過陽極化形成納米孔電介質。該工藝可以用于在鈦基板上形成TiO2介電層，在鎢基板上形成WO3介電層。
根據本發明實施例，一旦完成該電極結構的制作，則可以組裝如圖1F所示的微等離子體裝置。圖示出了簡單的兩層裝置，其中頂層具有兩個微腔直徑以促進期望的裝置結構的對準，該裝置通過真空系統抽真空，且在真空下對該結構加熱以除氣。隨后，裝置(或裝置陣列)內的該微腔(或多個微腔)用期望的氣體或蒸氣回填，且隨后通常期望通過各種公知工藝之一密封該裝置或陣列，例如使用玻璃料或環氧樹脂的陽極鍵合、層疊或密封。所有微放電裝置是由時變電壓供電，該電壓可以為AC、RF、雙極或脈沖DC。形成與介電層內金屬的直接電學接觸。最后，通過將少量的金屬鹵化物鹽引入微腔，由此形成該放電介質，該金屬鹵化物鹽在通過背景氣體中的微放電工作而被加熱時產生期望的蒸氣。
在本發明的另外實施例中，先前實施例的包封電極的性能可以通過另外的工藝進行大幅改進。例如，如圖2H所示，柱狀孔45可以部分填充有例如鎂氧化物或者其他介電材料的材料60。這可以通過各種公知工藝實現，例如濺射、旋轉涂敷、化學“浸漬”、以及溶膠-凝膠工藝。因此，在調整該納米結構電介質的性能方面可以獲得非常大的靈活性。按照這種方式可以調整的性能包括電介質的介電常數以及其電學擊穿電勢或光學性能。
備選地，如圖1G-1H所示，在陽極化工藝中自然形成的，形成于納米孔基體的Al2O3“阻擋層”可以通過化學蝕刻除去。可以使用導電材料55回填該納米孔。例如可以通過電鍍將金屬沉積到該納米孔內。如果需要，則可以通過蝕刻除去沉積在陣列表面上的任何金屬。此外，可以通過化學氣相沉積在納米孔內生長碳納米管。如果需要，則可以通過蝕刻除去納米管。此外，可以通過化學氣相沉積在納米孔內生長碳納米管。納米管可以用于通過場發射產生電子。電子可以通過電場從納米孔的開放端提取。
圖1I示出了根據本發明實施例用于形成納米孔電介質包封電極的工藝80。首先，如上所述，提供可包括微腔82并被清洗的金屬基板84(見圖1A)。接著，形成微腔(或微腔陣列)，且如果需要則通過進一步清洗除去碎屑(見圖1B)。隨后，陽極化基板86(見圖1C)，并沉積納米孔介電層。接著，部分溶解所沉積的層88(見圖1D)。隨后再次陽極化具有剩余介電層模板的基板90(見圖1E)。如果不需要另外的工藝92，則該工藝結束94。備選地，可以執行第三陽極化96，柱狀孔的基體可以被填充(圖1G)或者柱狀孔可以用期望材料回填，如前所述(見圖1H)。使用放電介質填充微腔并密封該裝置，則完成微放電裝置的制作(圖1I未示出)。
納米結構電介質的介電性能優于微等離子體放電裝置中通常使用的電介質。例如，圖1所示20μm層厚的Al/Al2O3介電結構的電學擊穿電壓測量值高于2000V，而兩倍于該厚度(40μm)的體氧化鋁的擊穿電壓僅為約1100V。此外，位于納米孔基體的厚阻擋層以及使用另外電介質回填該孔，這對于提高擊穿電壓是有效的。
在本發明的各種實施例中，提供了包括包封在納米孔電介質內的一個或多個電極的微放電裝置。納米孔電介質可以通過如上所述的濕法化學工藝但不限于此。因此，可以經濟地制作各種裝置結構。這些裝置包括第一電極和第二電極，其中第一電極包封在電介質內，第二電極也可以包封在第一電極的電介質內或者包封在另外的電介質內。電極配置成，當時變(AC、脈沖DC等)激勵電勢施加于第一和第二電極之間時，觸發微腔(即，特征尺寸(直徑、矩形的長度等)約為500μm以下的腔體)內的微放電。包封電極不暴露于微等離子體放電，有助于更長的電極壽命。
圖2A的剖面圖示出了根據本發明第一實施例的微放電裝置200。第一電極230由包封有電介質220的例如鋁的金屬210形成。該電介質可以是納米孔電介質，例如Al2O3。第二電極240置成毗鄰第一電極，直徑為“d”的微腔250通過各種公知工藝之一形成，例如微鉆孔、激光加工、化學蝕刻等。微腔延伸穿過電極240，但是不一定完全延伸穿過電極230。直徑d通常約為1至500微米。此外，腔體剖面不一定為圓形，而是可以為各種形狀。第二電極可以是任意導電材料，包括金屬、氧化銦錫(“ITO”)、摻雜的結晶或多晶半導體、或者甚至是聚合物。如果存在壓力合適的放電氣體或蒸氣且峰值電壓足夠，則施加于第一電極和第二電極之間的交變電流(“AC”)或其他時變電壓260在微腔250內觸發微等離子體。圖2B示出了裝置200的俯視圖。盡管微腔250示為柱形，但是這些微腔不限于柱形，其他形狀及縱橫比也是可能的。第一電極內的金屬210有利地不接觸微等離子體，有助于更長的電極壽命。
在如圖3A剖面圖所示本發明另一個相關實施例300中，第二電極可以是至少部分覆蓋微腔250的金屬網340。如果恰當地選擇金屬(例如Al、W、Zr等)，網狀電極也可以用納米孔電介質包封(如所示)。圖3B示出了該裝置的自頂向下(平面)視圖。
在如圖4剖面圖所示本發明另一相關實施例400中，微腔放電通道450的一端480閉合。通過在電介質220內設計光子能隙結構，或者位于微腔450基體的電介質220可涂敷有一種或多種反射材料，介電“蓋層”480由此可用于反射特定波長的光。如果電介質在感興趣的譜區內是透明的，則反射層480可以應用于電介質220的外部。
在本發明其他實施例中，微放電裝置的兩個電極都可用電介質包封。圖5示出了具有與圖2裝置相似的結構的裝置500，除了第二金屬電極240用電介質510包封，形成第二包封電極530以外。在圖5中，電極230和電極530直接物理接觸。在例如圖6所示的本發明其他實施例中，微放電裝置600可以形成，其中電極對230，530層疊，相鄰電極的介電層之間存在間隙。可層疊的電極對的數目為設計選擇的問題，可以獲得具有延伸長度的微等離子體線性陣列700，如圖7所示。這種層疊裝置可以有利地提供更高的光發射強度，且通過在微通道750的各端放置反射鏡而適于實現激光。備選地，圖7的結構可用于其他應用，其中延伸長度的等離子體列是有價值的。
在如圖8剖面圖所示的本發明其他實施例中，形成了具有平面幾何800的微等離子體裝置陣列。在本實施例中，定義各個“像素”尺寸的金屬電極陣列810包封在電介質820內。通過在金屬基板內通過激光加工，或者備選地通過濕法或等離子體蝕刻，由此可以經濟地制作電極陣列810。一旦形成該電極陣列，電介質820可以通過濕法化學工藝沉積在整個陣列上。陣列內的所有像素可以共享公共透明電極840，例如玻璃、石英、或者藍寶石上ITO。在電極之間施加電勢830在微腔850內觸發放電。微放電發出的光可以通過公共電極840或者從微腔850的另一端向外逸出。備選地，公共電極840無需是透明的，但是可以是先前所述的電介質包封的金屬電極。于是可以從電極850自微腔端部提取光線。
在如圖9所示本發明另一個實施例中，可形成微放電陣列900，其允許選擇性地激勵各個微腔(像素)。可以在延伸長度的電介質包封電極910內制作期望形狀的像素930。第二電介質包封電極920位于第一電極910下(或上)，該第二電介質包封電極920也可具有延伸的長度。對第一電極910施加電壓V1且對第二電極920不施加電壓(V2＝0)，第一和第二電極交點處的像素將不會觸發。然而，如果恰當的電壓V2也施加于第二電極，則僅位于兩個電極交點處的像素將觸發，發射光940。陣列內的其他像素將保持黑暗。如此，可以構造各個像素可以分別可尋址的大的像素陣列，且該像素陣列可以應用于例如顯示器和生物醫學診斷。
在任意配置(幾何)的導電(例如金屬)表面上制作納米孔電介質的能力可以有利地用于等離子體陣列和工藝系統。例如圖10示出了柱形陣列的微等離子體裝置1000，各個微等離子體裝置制作于金屬(另一個表面上的箔、膜、鋁管等)的管狀部分1010的內壁上。在管1010的壁內制作微腔之后，通過在柱體1010的內表面上形成納米孔電介質1030，該電介質也涂覆各個微腔的內部，如上所述，由此完成該陣列。依賴于期望的應用，微腔可以是任意形狀和尺寸。對于圖10的實施例，微腔延伸穿過柱體1010的壁。氣體從柱體1010的外部進入該系統，并穿過微腔。如果系統的應用是離解(分裂)毒性或其他環境有害氣體或蒸氣，則氣體通過微腔將離解部分不期望的物質。如果一級布置中的離解程度是可接受的，則氣體產物可以沿軸從該系統清除，如圖10所示。如果一級內的離解程度不足，則可以添加與第一級同心的第二級，如圖11所示。這種情況下，中心電極1020是管狀的，且按照與管狀部分1010相似的方式在其壁內制作微腔陣列。微腔同樣延伸穿過壁。第二電極沿電極1020的軸，可以為管、桿或線。第一和第二電極都被該電介質包封。采用這種兩級系統，感興趣的氣體或蒸氣現在則必須穿過兩個微放電陣列之后從系統排出。
如上文所指出，沿具有微等離子體像素的更大柱體的軸的中心電極1020可以是固體導體(例如金屬桿或管)，或者備選地可以是沉積在光學透明柱體(例如石英管)上的透明導體。對于電學激勵和離解氣體以產生激發態或基態自由基，則前一種設計令人感興趣，而對于光激勵流入內(光學透明的)柱體內部的氣體或蒸氣，則后一種設計頗有價值。
根據本發明實施例，圖10的陣列可以用于例如毒性氣體補救。時變電勢施加于中心電極1020和柱體1030之間。另一個應用為用于置于柱體中心1020內增益介質的光放大的光學泵浦。
已經構建和測試了幾個前述裝置和陣列，特別是圖2、3和5中所描述的裝置和陣列。目前制作的典型微放電裝置由厚度通常為50-100微米的Al箔片組成，該Al箔片先在酸溶液中清洗，隨后在箔片中微加工形成微腔或者微腔陣列。各個微放電腔體(即，微腔)是直徑為50或100微米的柱形。在制作微腔之后，納米孔Al/Al2O3生長在整個電極，在微腔壁上的厚度為約10微米，在其他位置通常為30-40微米。在組裝該裝置之后，該裝置在真空系統內抽空，如果需要則除氣，并用期望氣體或蒸氣回填。如果需要，通過本領域中已知的陽極鍵合、層疊、玻璃料密封或其他工藝，整個裝置或者裝置陣列可以密封在具有形成的至少一個透明窗口的輕質封裝內。
2×2陣列的Al/Al2O3微放電裝置工作于稀有氣體和空氣中，各個裝置具有直徑為100μm的柱形微腔(圖5的裝置)。對于約700Torr的Ne，典型的AC工作電壓(所給出的數值為峰峰值)和RMS電流為650V和2.3mA，對于空氣則為800-850V和6.25mA。這些測量的AC驅動頻率為20kHz。應該強調，在陣列的所有像素中產生了穩定均勻的放電而無需電學平穩器。這個結果對于空氣尤其顯著，空氣在很長時間內已知為一種獲得穩定放電的最具挑戰性的氣體(或氣體混合物)。
可以構建大得多的陣列，且整個工藝可以自動化。所需材料的低成本、裝置組裝的容易度、以及在迄今為止測試的區域中所產生的穩定的良好的輝光放電，所有這些都表明，在需要低成本、明亮且靈活的可見及紫外光源的場合下，本發明實施例的微放電裝置和陣列都頗具價值。
當然，本領域技術人員顯而易見的是，本發明不限于上述詳細描述的各個方面。在任意所述實施例中，用于包封電極的電介質可以是納米孔電介質。盡管以由氧化鋁包封的鋁(Al/Al2O3)被用作在這些裝置中的示范性材料，但是還可以使用各種材料(例如W/WO3)。此外，在任一上述實施例中，可以使用期望壓力的氣體填充該裝置的微腔，以促進具有特定特性的微放電。可以使用放電氣體填充該微腔，例如原子稀有氣體、N2、和稀有氣體-鹵素施主氣體混合物。可以選擇氣體壓力和氣體混合物組成以維持期望輻射物質的良好的數量密度。
按照結合圖1A-1I所述方式制作實驗Al/Al2O3微放電裝置陣列。裝置形成為陣列，分別具有直徑為100μm的微腔。微腔制作于鋁箔片內并延伸穿過該箔片。襯墊各個微腔內壁的Al2O3電介質在光學顯微相片下是可見的，呈黑色環狀。介電膜實際上是透明的，但是僅僅是由于光學相片記錄的方式而表現為黑色。Al基板頂部上(以及相對側部上)的Al2O3膜是透明的，觀察到的斑點則是由于Al箔上的殘余表面結構引起。制作了另一個實驗微放電裝置陣列，也具有柱形微腔，但直徑為200μm。
小陣列的實驗100μm Al2O3裝置的電壓-電流(“V-I”)特性示于圖12。填充氣體為壓力為700Torr的Ne，所示結果針對在幾個頻率之一下的陣列的交流激勵。縱坐標上的電壓值為峰峰值。而且應該注意，通過減小微腔內Al2O3厚度，可以將工作電壓降低到圖12所示電壓之下。在Ar/2％N2混合物中工作的小陣列Al2O3微放電裝置的V-I特性示于圖13，針對總混合物壓力為500和700Torr的兩種值。由于N2的附著性能，所需的工作電壓高于Ne的情形。
在本發明的其他實施例中，根據本發明任一前述實施例的微放電電極可以結合到微放電裝置和裝置陣列內。此外，包括其上通過其他工藝形成的納米孔電介質的金屬基板的微放電電極可以有利地應用于微等離子體裝置和陣列。
類似地，顯而易見的是，本發明并不限于前述詳細描述的各個方面。例如，介電包封金屬可以被用于微放電裝置之外的各種應用。在不背離由所附權利要求界定的本發明的精神和范圍的情況下，所述本發明的各種變化和改進對于本領域技術人員而言是顯而易見的。
權利要求
1.一種微放電裝置，包括第一電極(230)，所述電極包括導體和微腔，所述電極用第一電介質包封；以及第二電極(240)，所述電極配置成，當電勢施加于所述電極之間時在所述微腔內觸發放電。
2.根據權利要求1的裝置，其中所述第二電極為網。
3.根據權利要求1的裝置，其中所述微腔在一端閉合。
4.根據權利要求1的裝置，其中所述第二電極包括用第二電介質包封的導體。
5.根據權利要求1-4任意一項的裝置，其中所述第一電介質為納米孔電介質。
6.一種微放電裝置陣列，包括多個權利要求1的微放電裝置。
7.根據權利要求6的微放電裝置陣列，其中所述第一電極包括包含用電介質包封的多個金屬電極的平面電極陣列(810)，所述包封的電極包含多個微腔；以及所述第二電極包括公共電極(840)，配置成當電勢施加于所述公共電極和所述電極陣列之間時在各個所述多個微腔內觸發放電。
8.根據權利要求7的陣列，其中所述公共電極是透明的。
9.一種包括根據權利要求6的陣列的用于顯示器應用的微放電裝置陣列，其中所述第一電極包括包含多個包封在電介質內的金屬電極的電極陣列(910)，所述包封電極包括多個微腔；以及所述第二電極包括用第二電介質包封的多個相交的電極(920)，配置成觸發各個所述多個微腔內的放電。
10.根據權利要求9的用于顯示器應用的微放電裝置陣列，配置成使得僅當高于閾值電勢的時變電勢施加于所述第一電極和所述多個相交電極的相交的一個電極之間時，各個所述多個微腔的單獨一個產生微放電。
11.根據權利要求10的陣列，其中至少一個所述第一電介質和所述第二電介質為納米孔電介質。
12.一種包括根據權利要求6的陣列的柱狀微放電裝置陣列，其中所述第一電極包括金屬柱體，所述柱體由中心軸表征，多個微腔形成于所述柱體的內表面上且用所述第一電介質包封；以及所述第二電極沿所述柱體的中心軸布置，并配置成，當時變電勢施加于所述中心電極和所述柱體之間時在各個所述多個微放電裝置內觸發放電。
13.根據權利要求12的陣列，其中所述第二電極包括透明導電管。
14.根據權利要求13的陣列，其中所述第二電極包括金屬導體。
15.一種制造包封電極的方法，該方法包括提供金屬基板，所述金屬基板包括至少一個微腔；陽極化所述基板以形成第一層，所述第一層包括孔；溶解所述第一層的一部分；以及當所述第一層的一部分溶解時對所述第一層執行第二陽極化，形成包封層，由此形成包封電極。
16.根據權利要求15的方法，還包括使用金屬、電介質和納米管之一填充所述包封層的孔至特定深度。
17.根據權利要求15的方法，其中所述金屬為鋁，所述包封層包括Al2O3。
18.根據權利要求15的方法，其中所述金屬為鈦，所述包封層包括TiO2。
19.根據權利要求15的方法，其中所述基板的第一部分和所述基板的第二部分之間的所述包封層的厚度不同。
全文摘要
本發明的一個實施例為包括包封在電介質內的第一電極(230)的微放電裝置，該電介質可以為納米孔介電膜。提供也可以用電介質包封的第二電極(240)。這些電極配置成，當時變(AC、RF、雙極或脈沖DC等)電勢施加在電極之間時，在微腔內觸發放電。在本發明的具體實施例中，第二電極可以是覆蓋微腔開口的網，且該微腔在一端閉合。在本發明的一些實施例中，該第二電極可直接接觸第一電極。在其他實施例中，一間隙分隔這些電極。在具有包封電極的微放電裝置的優選制造方法中，金屬基板用于形成納米孔介電包封電極并溶解介電層的一部分。該介電層隨后再次被陽極化，形成納米孔介電包封電極，其納米尺寸介電結構具有改善的規則性。在本發明的一些實施例中，電介質內的柱狀孔洞可以用一種或多種材料回填，以進一步調整電介質的性能。
文檔編號H01J17/04GK101084566SQ200580039492
公開日2007年12月5日 申請日期2005年10月4日 優先權日2004年10月4日
發明者J·加里·埃登, 樸晟鎮 申請人:伊利諾伊大學受托管理委員會