一種可增加mems超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，高端電子設(shè)備朝小型化、便攜式、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，要求電子設(shè)備中的電容器容量大、功率密度高、體積小，然而目前為電子設(shè)備供能的微型發(fā)電機(jī)存在不能持續(xù)供能且功率較低的缺陷，而傳統(tǒng)的微型電池則存在充放電效率低、循環(huán)次數(shù)有限、不具備大功率充放電能力且安全性較差等缺點(diǎn)。因此研制具有較大脈沖放電功率、體積小、效率高、充電速度快、循環(huán)性能好等特點(diǎn)的微型超級(jí)電容器成為國(guó)內(nèi)外研宄熱點(diǎn)，具有迫切的應(yīng)用需求和廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]電極是超級(jí)電容器的核心部件，電極的性能與電極表面積密切相關(guān)，表面積越大，電容器容量越大，同時(shí)與電解液的接觸面積也越大，電極活性物質(zhì)利用率高，大電流放電能力越強(qiáng)。因此研制性能優(yōu)良的電極是制備高性能微型超級(jí)電容器的關(guān)鍵，對(duì)于制備滿足軍民兩用需求的微型超級(jí)電容器具有十分重要的意義。微型超級(jí)電容器的空間有限，若采用常規(guī)方法來(lái)制備，則其儲(chǔ)存的能量非常有限。因此必須在微型超級(jí)電容器有限的空間內(nèi)利用各種方法盡可能多的增加電極表面積，制作三維電極結(jié)構(gòu)能夠增大電極表面積，便于在電極上搭載更多活性物質(zhì)，是一種有效增大電極比電容、提升超級(jí)電容器性能的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決小型電子設(shè)備中微型超級(jí)電容器能量密度低，不能滿足長(zhǎng)時(shí)間供電的要求，提供了一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法。
[0005]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，包括以下步驟:
S1:選取硅片作為基底，并對(duì)硅片進(jìn)行清洗、烘干；
52:在硅片上旋涂上光刻膠，然后將硅片和掩膜板通過(guò)鑄鋼架傾斜固定:
53:對(duì)固定好的硅片先進(jìn)行第一次曝光，然后將硅片在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，進(jìn)行第二次曝光；
S4:曝光結(jié)束后，對(duì)硅片上的光刻膠進(jìn)行顯影，形成“X”型三維電極陣列結(jié)構(gòu)。
[0006]S5:在“X”型三維微電極陣列結(jié)構(gòu)表面采用電化學(xué)沉積、濺射方法沉積電極活性物質(zhì)功能薄膜，得到三維微電極。
[0007]本發(fā)明采用了半導(dǎo)體集成電路的加工工藝一一光刻技術(shù)，選擇硅片作為基材，采用改進(jìn)的曝光方式一一斜光刻技術(shù)，并將硅片旋轉(zhuǎn)180°在硅片基底上制備出“X”型三維電極陣列結(jié)構(gòu)，并最終制得三維微電極?！癤”型三維電極陣列結(jié)構(gòu)的深寬比高，比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有效增大電極比電容、提升超級(jí)電容器性能，使得超級(jí)電容器滿足電子設(shè)備供電要求。
[0008]上述的一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，硅片清洗時(shí)，依次在二甲苯、丙酮、酒精、硫酸、氨水和鹽酸溶液中清洗，以去除硅片上的油污、氧化膜和金屬離子。
[0009]上述的一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，旋涂光刻膠時(shí)，先將硅片加熱到45°C，然后進(jìn)行第一次甩膠并烘干固化，等固化后進(jìn)行第二次甩膠，完成光刻膠的旋涂，光刻膠可以很好地粘附在硅片上。
[0010]上述的一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，硅片在由鑄鋼架傾斜固定之前，硅片上的光刻膠先在65°C環(huán)境中前烘20min，且曝光結(jié)束后，硅片上的光刻膠在50°C環(huán)境中后烘4小時(shí)，最后顯影。前烘是為了去除光刻膠中的溶劑，減少涂膠時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，增大光刻膠與基底的結(jié)合力。如果膠中溶劑揮發(fā)不完全，單位體積內(nèi)光引發(fā)劑所占的百分?jǐn)?shù)較小，曝光后曝光區(qū)域產(chǎn)生的酸催化劑較少，烘烤后交聯(lián)程度不足，使得制備的結(jié)構(gòu)不致密，線寬變小，穩(wěn)定性變差，容易倒塌。后烘的目的是促使已曝光的光刻膠進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)，使曝光中形成的潛像轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的微電極陣列結(jié)構(gòu)。如果后烘不足，則已曝光的光刻膠交聯(lián)不完全，導(dǎo)致制備的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分辨率低、深寬比小、對(duì)基底的附著力較小等問(wèn)題。
[0011]上述的一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，第一次曝光時(shí)間為70s，第二次曝光時(shí)間為70s，曝光效果好。
[0012]上述的一種可增加MEMS超級(jí)電容器電極比表面積的斜光刻方法，所述的鑄鋼架包括底座、圓盤(pán)和圓環(huán)，底座的頂面和底面的夾角為15°，頂面上還設(shè)有圓盤(pán)形凹槽，圓盤(pán)形凹槽內(nèi)還設(shè)有兩盲孔，且兩盲孔位于圓盤(pán)形凹槽所在圓的直徑上，圓盤(pán)的頂面上設(shè)有放置硅片的凹槽，放置硅片的凹槽內(nèi)還設(shè)有通孔，且通孔處向下延伸有可以插入到底座的圓盤(pán)形凹槽內(nèi)任意盲孔中的固定管，圓盤(pán)的四周邊緣設(shè)有螺絲孔，圓環(huán)上設(shè)有和圓盤(pán)上的螺絲孔對(duì)應(yīng)的螺絲孔，硅片和掩膜板放置在圓盤(pán)上的凹槽內(nèi)，圓環(huán)和圓盤(pán)通過(guò)螺絲連接后將硅片和掩膜板固定(圓環(huán)的內(nèi)徑應(yīng)小于掩膜板的外徑)，然后將圓盤(pán)放置在底座上的圓盤(pán)形凹槽內(nèi)，且圓盤(pán)上的固定管插入到一盲孔內(nèi)，即硅片和掩膜板傾斜固定在鑄鋼架上，硅片第一次曝光后，將圓盤(pán)上的固定管插入到另一盲孔內(nèi)，硅片在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°，然后完成弟—■次曝光。
[0013]本發(fā)明采用斜光刻技術(shù)制備的三維陣列結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):1.精度高，可以達(dá)到光刻的納米級(jí)尺寸，而且陣列數(shù)量的多少對(duì)尺寸幾乎沒(méi)有影響；2.斜光刻技術(shù)所制備的三維陣列結(jié)構(gòu)的比表面積顯著增大，和常規(guī)的光刻技術(shù)制備的陣列結(jié)構(gòu)相比，比表面積可以增大約15%40% ；3.制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，得到的電極結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，同時(shí)，可以使工藝技巧更加多樣化；4.設(shè)備投資成本低，而且產(chǎn)能比較大，性能提高顯著，可以滿足市場(chǎng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為斜光刻所形成的陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為底座的結(jié)構(gòu)示意圖