專利名稱:基于微加工技術的介質阻擋微放電結構的制作方法
技術領域:
本發明涉及的是一種微電子技術領域的微放電結構,具體地說,涉及的是一 種基于微加工技術的介質阻擋微放電結構。
背景技術:
在人們的日常生活中,氣體放電的應用十分廣泛,比如放電型氣體傳感器以 及介質阻擋放電光源等等。但是在常溫大氣壓下,氣體需要幾千甚至上萬伏的電 壓才能形成穩定的放電。由浙江大學的惠國華等設計的基于定向碳納米管氣體放 電結構,能將大氣壓下氣體暗放電的工作電壓降低至500V以下,使得利用碳納 米管在氣體中的擊穿電壓和放電電流的測量對氣體定性定量檢測的可行性和實 用性大大提高。而西安交通大學的劉君華等設計的自持暗放電碳納米管薄膜氣體 傳感器能進一歩將氣體自持暗放電的工作電壓降至200V以下。
經對現有技術的文獻檢索發現,中國專利"基于微電子加工技術的電離氣體 傳感器微陣列結構"(專利號ZL 200510112218. 7,公開號CN1808111A),該專 利自述為"包括,襯底、微電極陣列、微電極條單元、傳感器單元,其特征在于, 所述的微電極陣列設置在襯底上,微電極陣列包括多個微電極條單元,每對相鄰 陰陽電極條構成側壁電極對,作為產生可控電場的結構,從而構成一個傳感器單 元,多個傳感器單元組成微電極陣列,依據各個傳感器單元內的相鄰陰陽電極條 的平面幾何形狀與間距是否相同,傳感器單元分為等同單元和相異單元,等同單 元是指兩個單元內的相鄰陰陽電極條的平面幾何形狀與間距完全相同,相異單元 是指兩個單元內的相鄰陰陽電極條的平面幾何形狀或者間距不同。"該技術應用 微加工技術得到微小間距,結合一維納米材料在尺度效應下的電場收斂作用,大 大地降低了器件的工作電壓。但是對于上述通過電離在微結構電場中的氣體分子 并由此而產生氣體放電,都有可能因為放電電流得不到抑制而自由增長進而損壞 敏感元件,從而降低其使用壽命和工作可靠性。
發明內容
本發明針對現有技術的不足和缺陷,提供一種基于微加工技術的介質阻擋微 放電結構,在利用微加工技術小尺寸的優勢大幅度降低氣體放電工作電壓的同 時,又能通過阻擋介質來抑制帶電粒子輸運微電流的自由增大,從而保護敏感元 件,進而提高器件工作的穩定性和延長其使用壽命。
本發明是通過以下技術方案實現的,本發明包括襯底、介電質、微電極單 元、微放電單元,所述的微電極單元設置在襯底上,所述的微放電單元由相鄰的 一對陰陽微電極單元組成,所述的介電質覆蓋在微放電單元。
所述的微放電單元,為由一對或多對微電極單元組成的陰陽電極對,電極對 中至少有一個微電極表面附著有所述的一層介電質。
所述的介電質,其材料為有機或無機的絕緣或者半導體材料。
所述的微電極單元,包括導電性能良好的材料制得的微電極或在所制得的微 電極表面附著一層一維納米材料的結構。所述導電性能良好的材料,例如金、鋁、 鎳、銅、鈾、銀。所述一維納米材料,例如碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、 氧化鋅納米線。
本發明介質阻擋放電結構中由于絕緣介質的存在,能聚集氣體放電時產生電 荷形成與外加電場極性相反的自建電場,從而限制了放電電流的自由增長,因此 電極間的火花和弧光形成也被阻止,結合微加工技術的小尺度的特點,進而能夠 在基本不影響其放電特性的同時對器件進行保護。
本發明提出的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構繼承了基于微電子加 工技術在尺度上的優勢,包括極低的工作電壓、較大的信號強度和可靠性,并通 過介質阻擋放電進一歩提高了器件工作的穩定性和安全性。同時,與傳統的大尺 寸電極上形成介質阻擋放電結構相比,在所述的微結構下實現介質阻擋放電結構 將更便捷,更容易實現。
圖i是本發明實施例一結構示意圖; 其中 一對電極上均覆蓋有介質層。 圖2是本發明實施例二結構示意其中僅一個電極覆蓋有介質層。
圖3是本發明實施例微放電單元在覆蓋介電質的前后對空氣的電壓一放電 電流曲線圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發明的保護 范圍不限于下述的實施例。
實施例一
如圖1所示,本實施例包括襯底1、介電質2、微電極單元3、微放電單 元4,所述的微電極單元3設置在襯底1上,所述的微放電單元4由相鄰的一對 陰陽微電極單元3組成,所述的介電質2覆蓋在微放電單元4。
所述的襯底l,為表面絕緣性能很高的襯底,包括玻璃、高阻硅和其他絕緣 襯底。
所述的介電質2,采用的材料包括氧化物、氮化物,也可以是其他有機、無 機的絕緣或半導體材料。
所述的微電極單元3,包括導電性能良好的材料制得的微電極或在所制得的
微電極表面附著一層一維納米材料的結構。其中導電性能良好的材料為金、鋁、 鎳、銅、鉑、銀中一種; 一維納米材料為碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、 氧化鋅納米線中一種。
所述的微放電單元4,為由一對所述的微電極單元組成的陰陽電極對,其中 兩個微電極表面均附著有所述的一層一維納米材料。
所述的介電質2覆蓋在微放電單元4,為所述的介電質2覆蓋在所述的微放 電單元4的兩個微電極單元上。
在工作狀態下,陣列中每個單元的陰陽兩電極之間的間隙即會產生局部靜電 場。當該局部電場強度達到使目標氣體發生氣體放電的特征值時,單元中的電極 間就會形成微電流通道。由于絕緣介電材料的存在限制了放電電流的自由增長, 因此電極間的火花和弧光形成也被阻止,進而能夠對器件進行保護。
實施例二
如圖2所示,本實施例包括襯底l、介電質2、微電極單元3、微放電單 元4,所述的微電極單元3設置在襯底1上,所述的微放電單元4由相鄰的一對 陰陽微電極單元3組成,所述的介電質2覆蓋在微放電單元4。
所述的襯底l,為表面絕緣性能很高的襯底,包括玻璃、高阻硅和其他絕緣 襯底。
所述的介電質2,采用的材料包括如二氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、二氧化
鈦、聚酰亞胺、SU8膠、Parylene(聚對二甲苯),也可以是其他有機、無機的
絕緣或半導體材料。
所述的微電極單元3,包括導電性能良好的材料制得的微電極或在所制得的 微電極表面附著一層一維納米材料的結構。其中導電性能良好的材料為金、鋁、 鎳、銅、鉑、銀中一種; 一維納米材料為碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、 氧化鋅納米線中一種。
所述的微放電單元4,為由一對所述的微電極單元組成的陰陽電極對,其中 有一個微電極表面附著有所述的一層一維納米材料。
所述的介電質2覆蓋在微放電單元4,為所述的介電質2覆蓋在所述的微放 電單元4其中的一個微電極單元上,如圖2所示為所述的未附著一維納米材料的 微電極表面上。
在工作狀態下,與實施例一相似,陣列中每個單元的陰陽兩電極之間的間隙 即會產生局部靜電場。當該局部電場強度達到使目標氣體發生氣體放電的特征值 時,單元中的電極間就會形成微電流通道。由于其中一個電極上的絕緣介電材料 的存在限制了放電電流的自由增長,因此電極間的火花和弧光形成也被阻止,同 樣能夠對器件進行保護。
圖3是本發明實施例所述的表面都附著有一層一維納米材料的一對微電極 組成的傳感器單元在覆蓋介電質的前后對空氣的電壓一放電電流曲線。覆蓋介電 質之前,傳感器單元的空氣擊穿電流未能得到抑制,能形成較大的電流,因此可 能會引起器件的損壞。而覆蓋有介電質的傳感器單元能有效的抑制擊穿電流的增 大,將其控制在一定的數值,從而提高了傳感器單元工作的安全性和穩定性,延 長其使用壽命。
權利要求
1.一種基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,包括襯底(1)、微電極單元(3),其特征在于,還包括介電質(2),所述的微電極單元(3)設置在襯底(1)上,所述的微放電單元(4)由相鄰的一對或多對陰陽微電極單元(3)組成,所述的介電質(2)覆蓋在微放電單元(4)。
2. 根據權利要求l所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特征 是,所述的微放電單元(4),為由一對或多對微電極單元(3)組成的陰陽電極 對,電極對中至少有一個微電極表面附著有所述的一層介電質(2)。
3. 根據權利要求1或2所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特 征是,所述的介電質(2),其材料為有機或無機的絕緣或者半導體材料。
4. 根據權利要求3所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特征 是,所述的介電質(2),其材料為二氧化硅、二氧化鈦,氧化鋁,氮化鋁或者是聚酰亞胺、SU8膠、聚對二甲苯Parylene中一種。
5. 根據權利要求l所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特征 是,所述的微電極單元(3),包括導電材料制得的微電極,或包括導電材料制得 的微電極,以及在微電極表面附著一層一維納米材料的結構。
6. 根據權利要求5所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特征 是,所述的導電材料為金、鋁、鎳、銅、鉬、銀中一種。
7. 根據權利要求5所述的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構,其特征 是,所述的一維納米材料為碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、氧化鋅納米線 中一種。
全文摘要
一種微電子技術領域的基于微加工技術的介質阻擋微放電結構。本發明包括襯底、介電質、微電極單元、所述的微電極單元設置在襯底上,所述的微放電結構由相鄰的一對或多對陰陽微電極單元組成,所述的介電質覆蓋在微放電單元。本發明適用微電子加工技術加工,能有效的抑制測試氣體的擊穿電流的自由增長,從而使傳感器單元工作更加穩定和安全,延長了其使用壽命。
文檔編號G01N27/68GK101339162SQ20081004167
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優先權日2008年8月14日
發明者侯中宇, 海 劉, 張亞非, 東 徐, 陳曉航 申請人:上海交通大學