專利名稱：基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的微放電結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)，涉及的是一 種基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在人們的日常生活中，氣體放電的應(yīng)用十分廣泛，比如放電型氣體傳感器以 及介質(zhì)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(wàn)伏的電 壓才能形成穩(wěn)定的放電。由浙江大學(xué)的惠國(guó)華等設(shè)計(jì)的基于定向碳納米管氣體放 電結(jié)構(gòu)，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(cè)量對(duì)氣體定性定量檢測(cè)的可行性和實(shí) 用性大大提高。而西安交通大學(xué)的劉君華等設(shè)計(jì)的自持暗放電碳納米管薄膜氣體 傳感器能進(jìn)一歩將氣體自持暗放電的工作電壓降至200V以下。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利"基于微電子加工技術(shù)的電離氣體 傳感器微陣列結(jié)構(gòu)"(專利號(hào)ZL 200510112218. 7，公開(kāi)號(hào)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(shè)置在襯底上，微電極陣列包括多個(gè)微電極條單元，每對(duì)相鄰 陰陽(yáng)電極條構(gòu)成側(cè)壁電極對(duì)，作為產(chǎn)生可控電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成一個(gè)傳感器單 元，多個(gè)傳感器單元組成微電極陣列，依據(jù)各個(gè)傳感器單元內(nèi)的相鄰陰陽(yáng)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(gè)單元內(nèi)的相鄰陰陽(yáng)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(gè)單元內(nèi)的相鄰陰陽(yáng)電極條的平面幾何形狀或者間距不同。"該技術(shù)應(yīng)用 微加工技術(shù)得到微小間距，結(jié)合一維納米材料在尺度效應(yīng)下的電場(chǎng)收斂作用，大 大地降低了器件的工作電壓。但是對(duì)于上述通過(guò)電離在微結(jié)構(gòu)電場(chǎng)中的氣體分子 并由此而產(chǎn)生氣體放電，都有可能因?yàn)榉烹婋娏鞯貌坏揭种贫杂稍鲩L(zhǎng)進(jìn)而損壞 敏感元件，從而降低其使用壽命和工作可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微 放電結(jié)構(gòu)，在利用微加工技術(shù)小尺寸的優(yōu)勢(shì)大幅度降低氣體放電工作電壓的同 時(shí)，又能通過(guò)阻擋介質(zhì)來(lái)抑制帶電粒子輸運(yùn)微電流的自由增大，從而保護(hù)敏感元 件，進(jìn)而提高器件工作的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)其使用壽命。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括襯底、介電質(zhì)、微電極單 元、微放電單元，所述的微電極單元設(shè)置在襯底上，所述的微放電單元由相鄰的 一對(duì)陰陽(yáng)微電極單元組成，所述的介電質(zhì)覆蓋在微放電單元。
所述的微放電單元，為由一對(duì)或多對(duì)微電極單元組成的陰陽(yáng)電極對(duì)，電極對(duì) 中至少有一個(gè)微電極表面附著有所述的一層介電質(zhì)。
所述的介電質(zhì)，其材料為有機(jī)或無(wú)機(jī)的絕緣或者半導(dǎo)體材料。
所述的微電極單元，包括導(dǎo)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(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)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(fā)明介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)中由于絕緣介質(zhì)的存在，能聚集氣體放電時(shí)產(chǎn)生電 荷形成與外加電場(chǎng)極性相反的自建電場(chǎng)，從而限制了放電電流的自由增長(zhǎng)，因此 電極間的火花和弧光形成也被阻止，結(jié)合微加工技術(shù)的小尺度的特點(diǎn)，進(jìn)而能夠 在基本不影響其放電特性的同時(shí)對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)。
本發(fā)明提出的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)繼承了基于微電子加 工技術(shù)在尺度上的優(yōu)勢(shì)，包括極低的工作電壓、較大的信號(hào)強(qiáng)度和可靠性，并通 過(guò)介質(zhì)阻擋放電進(jìn)一歩提高了器件工作的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，與傳統(tǒng)的大尺 寸電極上形成介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)相比，在所述的微結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu) 將更便捷，更容易實(shí)現(xiàn)。


圖i是本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖； 其中 一對(duì)電極上均覆蓋有介質(zhì)層。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意其中僅一個(gè)電極覆蓋有介質(zhì)層。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例微放電單元在覆蓋介電質(zhì)的前后對(duì)空氣的電壓一放電 電流曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例一
如圖1所示，本實(shí)施例包括襯底1、介電質(zhì)2、微電極單元3、微放電單 元4，所述的微電極單元3設(shè)置在襯底1上，所述的微放電單元4由相鄰的一對(duì) 陰陽(yáng)微電極單元3組成，所述的介電質(zhì)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(zhì)2，采用的材料包括氧化物、氮化物，也可以是其他有機(jī)、無(wú) 機(jī)的絕緣或半導(dǎo)體材料。
所述的微電極單元3，包括導(dǎo)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(jié)構(gòu)。其中導(dǎo)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(duì)所述的微電極單元組成的陰陽(yáng)電極對(duì)，其中 兩個(gè)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(zhì)2覆蓋在微放電單元4，為所述的介電質(zhì)2覆蓋在所述的微放 電單元4的兩個(gè)微電極單元上。
在工作狀態(tài)下，陣列中每個(gè)單元的陰陽(yáng)兩電極之間的間隙即會(huì)產(chǎn)生局部靜電 場(chǎng)。當(dāng)該局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到使目標(biāo)氣體發(fā)生氣體放電的特征值時(shí)，單元中的電極 間就會(huì)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(zhǎng)， 因此電極間的火花和弧光形成也被阻止，進(jìn)而能夠?qū)ζ骷M(jìn)行保護(hù)。
實(shí)施例二
如圖2所示，本實(shí)施例包括襯底l、介電質(zhì)2、微電極單元3、微放電單 元4，所述的微電極單元3設(shè)置在襯底1上，所述的微放電單元4由相鄰的一對(duì) 陰陽(yáng)微電極單元3組成，所述的介電質(zhì)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(zhì)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(duì)二甲苯)，也可以是其他有機(jī)、無(wú)機(jī)的
絕緣或半導(dǎo)體材料。
所述的微電極單元3，包括導(dǎo)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(jié)構(gòu)。其中導(dǎo)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(duì)所述的微電極單元組成的陰陽(yáng)電極對(duì)，其中 有一個(gè)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(zhì)2覆蓋在微放電單元4，為所述的介電質(zhì)2覆蓋在所述的微放 電單元4其中的一個(gè)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(tài)下，與實(shí)施例一相似，陣列中每個(gè)單元的陰陽(yáng)兩電極之間的間隙 即會(huì)產(chǎn)生局部靜電場(chǎng)。當(dāng)該局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到使目標(biāo)氣體發(fā)生氣體放電的特征值 時(shí)，單元中的電極間就會(huì)形成微電流通道。由于其中一個(gè)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(zhǎng)，因此電極間的火花和弧光形成也被阻止，同 樣能夠?qū)ζ骷M(jìn)行保護(hù)。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的表面都附著有一層一維納米材料的一對(duì)微電極 組成的傳感器單元在覆蓋介電質(zhì)的前后對(duì)空氣的電壓一放電電流曲線。覆蓋介電 質(zhì)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(huì)引起器件的損壞。而覆蓋有介電質(zhì)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(shù)值，從而提高了傳感器單元工作的安全性和穩(wěn)定性，延 長(zhǎng)其使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，包括襯底(1)、微電極單元(3)，其特征在于，還包括介電質(zhì)(2)，所述的微電極單元(3)設(shè)置在襯底(1)上，所述的微放電單元(4)由相鄰的一對(duì)或多對(duì)陰陽(yáng)微電極單元(3)組成，所述的介電質(zhì)(2)覆蓋在微放電單元(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，其特征 是，所述的微放電單元(4)，為由一對(duì)或多對(duì)微電極單元(3)組成的陰陽(yáng)電極 對(duì)，電極對(duì)中至少有一個(gè)微電極表面附著有所述的一層介電質(zhì)(2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，其特 征是，所述的介電質(zhì)(2)，其材料為有機(jī)或無(wú)機(jī)的絕緣或者半導(dǎo)體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，其特征 是，所述的介電質(zhì)(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(duì)二甲苯Parylene中一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，其特征 是，所述的微電極單元(3)，包括導(dǎo)電材料制得的微電極，或包括導(dǎo)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(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，其特征 是，所述的導(dǎo)電材料為金、鋁、鎳、銅、鉬、銀中一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)，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(shù)領(lǐng)域的基于微加工技術(shù)的介質(zhì)阻擋微放電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括襯底、介電質(zhì)、微電極單元、所述的微電極單元設(shè)置在襯底上，所述的微放電結(jié)構(gòu)由相鄰的一對(duì)或多對(duì)陰陽(yáng)微電極單元組成，所述的介電質(zhì)覆蓋在微放電單元。本發(fā)明適用微電子加工技術(shù)加工，能有效的抑制測(cè)試氣體的擊穿電流的自由增長(zhǎng)，從而使傳感器單元工作更加穩(wěn)定和安全，延長(zhǎng)了其使用壽命。
文檔編號(hào)G01N27/68GK101339162SQ20081004167
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者侯中宇, 海 劉, 張亞非, 東 徐, 陳曉航 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)