一種快速無模板的圖形化電極制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型的金屬微電極制作方法，具體是一種基于光誘導電沉積的金屬微電極制作方法。
【背景技術】
[0002]金屬微電極是各種電子器件中必不可少的部分，傳統的半導體工藝中微電極的制作都是基于昂貴的光刻工藝，光刻工藝具有精度高的優點，已經商業化地用于基于硅基地的各種微納電極的制作。光刻的一般工藝流程包括底膜處理，涂膠，前烘，曝光，顯影，堅模，刻蝕，去膠，其中根據曝光的選擇光源的不同可分為紫外線曝光，電子束曝光。然而該工藝由于其設備昂貴，對加工環境要求高，在加工各種圖形的金屬電極之前需要制作復雜的掩模板，大大增加了工藝的復雜程度。因此長久以來，人們都在努力研究一套快速，低成本的電極圖形化制作方法。
[0003]近年來，越來越多的新型的金屬微電極制作技術被報道出來，其中主要最具代表性的就是基于激光掃描(laser-scanning)的微電極加工技術,該技術的加工精度可以到lOOnm下，并且不需要使用物理模板去控制加工形狀，但是由于其加工原理是點式加工，因此其加工速度受到極大的限制，不適用于批量制造。
[0004]金屬電沉積技術，由于其成本低廉，操作簡單，已經被廣泛用于金屬鍍層加工，金屬表面加工等。然而傳統的電沉積方法，無法實現沉積的圖形化控制，也就是無法控制沉積出的金屬形狀。如果利用電沉積技術加工微納尺度的金屬電極，同樣需要利用光刻技術在基底上加工出微型結構，用于定義電沉積發生的區域。
【發明內容】
[0005]為了克服上述技術的缺陷，本發明提出了一種快速有效的基于光誘導電沉積的金屬微電極制作方法。
[0006]本發明采用的技術方案是:
[0007]—種快速無模板的圖形化電極制作方法，包括以下步驟:
[0008]在計算機內制作光斑圖形；將圖形經投影儀投影在芯片上形成光斑；信號發生器發出交流信號給芯片通電；在光斑和通電的雙重作用下設定時間內，芯片內的光敏材料基地上形成金屬電極。
[0009]所述投影亮度為7?10mw/cm2。
[0010]所述芯片為光誘導電沉積芯片，在溶液層注入金屬鹽溶液。
[0011]所述交流信號為正弦交流信號，信號頻率為50?100kHz，幅值為5V。
[0012]所述設定時間為20?60s。
[0013]所述信號發生器發出交流信號給芯片通電具體為:信號發生器發出交流信號、經芯片內ΙΤ0玻璃上的ΙΤ0層與氫化非晶硅上的ΙΤ0層給芯片通電。
[0014]所述芯片內的光敏材料基地上形成金屬電極具體為:芯片內的金屬離子在光斑照射的光敏材料基地上被還原、吸附、沉積形成金屬電極，金屬電極的形狀與入射光斑的形狀一致。
[0015]所述金屬電極的厚度根據設定時間的增長成線性增厚。
[0016]本發明的優點與有益效果為:
[0017]1.本發明可實現動態化，程序化的金屬微納電極的制造。
[0018]2.本發明可以根據選用不同的鹽溶液沉積出不同的金屬電極以及合金電極。
[0019]3.利用金屬離子在虛擬電極表面能被還原吸附的特點，可以通過控制照在非晶硅層光斑的形狀控制金屬沉積的區域形狀，制作出各種圖案。利用這種微圖形制作方法，可以不需要物理模板，直接根據所需的電路結構和形狀設計光斑即可得到所需的電路。
[0020]4.由于沉積出的金屬電極具有良好的導電性能，并且可以實現在半導體材料表面上的任意走線設計，因此在微型電路和微型器件中有廣泛的應用前景。
[0021]5.具有成本低廉，由于大部分光敏材料也是優質的半導體材料，因此可以直接實現對基于半導體的器件制造。
[0022]6.本發明具有較高的加工速度，能夠在20秒左右使得金屬沉積的高度達到1微米，并且具有良好的導電性。
[0023]7.本發明實現了金屬電極的沉積，能夠實現電極的形狀可控，沉積速度可控，沉積高度可控。電極的形狀與設計的光斑圖形一致。沉積速度隨著金屬鹽溶液的濃度，以及電壓的幅值的增加而增加。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明裝置的結構示意圖；
[0025]圖2為本發明的芯片連接外部電源后的電路原理示意圖；
[0026]圖3為加工出的銀電極的掃面電鏡圖片；
[0027]其中(A)為所采用的光圖形，⑶為利用圖㈧所示光圖形形成的銀電極；
[0028]圖4為銀電極加工的高度與沉積時間的關系圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
[0030]本發明涉及一種快速無模板的金屬微電極圖形化制作方法，具體是一種基于光敏材料基底的光誘導電沉積(optically-1nduced electro-deposit1n)原理的金屬電極制作方法。在該方法制作金屬電極(金，銀，銅或者合金)的過程中，利用圖形化軟件設計的任意圖形，通過投影設備和聚焦鏡投射到光敏材料(比如氫化非晶硅)形成光定義電極。在外加電場的作用下，溶液中的金屬離子在光定義電極與電解液的界面處被還原，吸附，沉積形成圖形化的金屬電極。
[0031]利用電腦圖形軟件設計出圖形可以直接控制沉積金屬的形狀。具體原理是根據需要加工的金屬電極的形狀，利用電腦軟件設計出相應的光斑圖形，通過投影和聚焦鏡投射到光敏材料上，形成一組光定義的虛擬電極。在外加電流的作用下，溶液中的金屬離子會在光定義區域被還原成金屬單質，并吸附和沉積在光定義區域，形成金屬電極。
[0032]1.利用電腦圖形軟件(如f lash、ppt等)設計出所需沉積的金屬形狀；通過投影和聚焦鏡投射到光敏材料上。
[0033]2.光敏材料在光照(投影亮度為7?lOmw/cm2)的作用下，電導率會有幾個數量級的增加，從10 9S/m上升至10 3S/m。使得光照區域形成一組光定義的虛擬電極。
[0034]3.在組裝好的光誘導電沉積芯片中注入金屬鹽溶液。
[0035]4.在外加電流的作用下，溶液中的金屬離子會在光定義虛擬電極表面被還原成金屬單質，并吸附和沉積在光定義區域，形成金屬電極。形成的金屬電極的形狀與設計的光斑形狀相同。
[0036]如圖1所示，本發明的裝置包括一個用于設計光圖形的電腦，一個投影儀，一個聚光鏡，一個用于產生交流信號的信號發生器以及用于電極制作的光誘導電沉積芯片。電腦與投影儀連接，投影儀的投影口朝上，上面設有聚光鏡，聚光鏡的出光口上設有置于三維移動平臺上的光誘導電沉積芯片，該芯片與信號發生器連接。