專利名稱：使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(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)域的器件結(jié)構(gòu)，具體是一種使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
微放電等離子體器件，或者稱為空洞陰極放電等離子體器件，是利用空洞電極放電能夠產(chǎn)生高密度電子、離子和亞穩(wěn)態(tài)粒子的現(xiàn)象，在激光光源、等離子體混合、電子-離子源、等離子體控制等廣泛領(lǐng)域有著特殊的應(yīng)用。此類器件之所以具有如上所述特殊性能，是由于此類器件的電場結(jié)構(gòu)高度不對稱，陰極放電所形成的等離子體不能如對稱場結(jié)構(gòu)中充分運動，因此帶電粒子濃度增加，進(jìn)而帶來帶電粒子運動和亞穩(wěn)態(tài)光子輻射造成中性分子電離生成新的帶電粒子和亞穩(wěn)態(tài)的機會增加，從而使等離子體密度增加。另一方面，由于此種情形下的等離子體可以被視為流體，而這種特殊流體又被限制在空腔中，不易流動，因此造成其密度的進(jìn)一步累積增加。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Park.S-J等人在“Applied Physics Letters(應(yīng)用物理快報)”2004年第84卷上所發(fā)表文章“Carbon nanotube-enhancedperformance of microplasma devices(利用碳納米管增強微等離子體器件的性能)”中披露的，將碳納米管引入空洞陰極，形成由碳納米管這種很有代表性的一維納米材料作為空洞陰極的空洞陰極放電等離子體器件，這種器件可以提高器件作為等離子體源的性能，例如可以降低工作電壓、提高光輻射產(chǎn)額。但還未見任何公開的文獻(xiàn)中報道如下類型器件結(jié)構(gòu)一、陰陽兩側(cè)相對的空洞電極，二、其間有氣體間隙隔開，三、器件結(jié)構(gòu)中使用一維納米材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)由陰陽微空洞組成，其間有氣體間隙隔開，使其既可以達(dá)到空洞電極等離子體的密度，又可以增加空洞等離子體的流動性能，從而增加可控性。而且可以進(jìn)一步增加空洞等離子體密度。還可以加強電場集中，降低器件的工作電壓。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括襯底、陰陽微空洞電極、一維納米結(jié)構(gòu)層，陰陽微空洞電極設(shè)置在襯底上，一維納米結(jié)構(gòu)層覆蓋于每個空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面，陰陽微空洞電極由氣體間隔相互隔離。
所述的襯底，其表面具有高絕緣性能，它可以是玻璃，也可以是上層帶有絕緣層的硅片，絕緣層材料可以是二氧化硅、氮化硅，也可以是其它絕緣襯底。
所述的陰陽微空洞電極，是多層薄膜，包括金屬層、其表面覆蓋的一維納米材料層和頂層絕緣材料層。多層薄膜組成空腔結(jié)構(gòu)。
所述的陰陽微空洞電極，包括陽極和陰極，陽極和陰極中間存在間隙，其間有氣體。
所述的一維納米結(jié)構(gòu)，覆蓋于陽極和陰極微空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面。
本發(fā)明提出使用一維納米材料的陰陽微空洞電極的等離子體器件結(jié)構(gòu)，這一器件結(jié)構(gòu)既可以得到空洞電極等離子體的密度，又可以增加空洞等離子體的流動性能，從而增加可控性。而且可以進(jìn)一步增加空洞等離子體密度。還可以加強電場集中，降低器件的工作電壓。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)器件在空氣中放電的電壓-電流曲線。
圖3是本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)器件在含有體積百分比為1％的氦氣的空氣中放電的電壓-電流曲線。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括襯底1、陰陽微空洞電極2、一維納米結(jié)構(gòu)層4，陰陽微空洞電極2設(shè)置在襯底上，一維納米結(jié)構(gòu)層4覆蓋于每個空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面。陰陽微空洞電極2由氣體間隔相互隔離。
所述襯底1的表面具有高絕緣性能，它可以是玻璃，也可以是上層帶有絕緣層的硅片，絕緣層材料可以是二氧化硅、氮化硅，也可以是其它絕緣襯底。
所述的陰陽微空洞電極2，是多層薄膜，包括金屬層6、一維納米材料層7和頂層絕緣材料層8，其中，金屬層6設(shè)置在襯底1上，一維納米材料層7設(shè)置在金屬層6上，頂層絕緣層8設(shè)置在一維納米材料層7上，一維納米材料層7的邊緣與頂層絕緣層8的邊緣之間有幾微米到幾百微米的距離，從而使多層薄膜組成空腔結(jié)構(gòu)。
所述的金屬層6，其金屬可以采用鉻、銅、金、鉑金、鋁、鎳、鐵-鎳、鎳-銅。所述的一維納米材料層7，其一維納米材料可以是碳納米管、納米碳纖維、納米碳化硅纖維、納米氧化鋅纖維。
所述的陰陽微空洞電極2，包括陽極5和陰極3，陽極5和陰極3中間有間隙隔開，間隙中存有氣體。
所述的一維納米結(jié)構(gòu)層4，位于陽極5和陰極3微空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面。
當(dāng)工作時，陽極5和陰極3分別與電源正極和負(fù)極相連，從而使兩極之間存在電勢降，進(jìn)而在每兩個陰陽極單元的空洞電極內(nèi)部以及每個單元的間隙區(qū)域形成靜電場，當(dāng)電場強度大于空洞內(nèi)部和間隙中氣體的放電起始電壓，氣體發(fā)生放電，由于一維納米結(jié)構(gòu)4的電場增強作用和空洞結(jié)構(gòu)的空間限制作用，氣體放電被限制在空洞的內(nèi)部而得到較高密度的氣體放電等離子體。
陰陽空洞電極2通過如下兩個過程相互影響，首先，其各自亞穩(wěn)態(tài)會促進(jìn)空洞中的光電離。其次，陰陽微空洞電極2的帶電粒子會通過兩極間隙相互影響。具體而言，由于陰極和陽極的放電過程所產(chǎn)生的帶電粒子在電場的作用下會向電極間隙的空間發(fā)生飄逸運動，在間隙氣體中產(chǎn)生粒子碰撞過程，造成電離或者亞穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生，另一方面，陰陽微空洞電極2中的亞穩(wěn)態(tài)會使間隙分子發(fā)生光電離，增加間隙空間電荷的密度。依據(jù)漂移運動機制，陽極空洞將主要使陽離子和帶正電的粒子加速運動到間隙空間、陰極空洞則主要使電子和帶負(fù)電的粒子加速運動到間隙空間(由于質(zhì)量和體積的原因，電子的漂移運動將是至關(guān)重要的，因為電子可以在電場中獲得更高的動能)，于是，在陰陽微空洞電極2間隙氣體中，就可以建立起來一種相當(dāng)于非空洞電極氣體放電結(jié)構(gòu)的分子電離-電極機制。間隙中的過程又會影響空洞電極中的過程，增加空洞電極中等離子體的密度。
圖2、圖3分別是本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)器件在空氣和含有1％氦氣的空氣中放電電壓-電流曲線。器件中，一維納米材料層4的厚度為2微米，陰陽微空洞電極2的空洞深度約為5微米，微空洞高度約為2微米，微空洞寬度約為2毫米。雙側(cè)空洞間隙為8微米。由圖可見，器件可以在十幾伏特使一些氣體發(fā)生電離，放電電流為持時小于10毫秒的脈沖電流。而且，放電起始電壓對氣體含量敏感。該性能說明了本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的器件可以降低空洞電極器件的工作電壓，并說明了其在傳感器領(lǐng)域應(yīng)用的前景。
權(quán)利要求
1.一種使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，包括襯底(1)、陰陽微空洞電極(2)、一維納米結(jié)構(gòu)層(4)，其特征在于，陰陽微空洞電極(2)設(shè)置在襯底(1)上，一維納米結(jié)構(gòu)層(4)覆蓋于每個陰陽微空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面，陰陽微空洞電極(2)由氣體間隔相互隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，其特征是，襯底(1)為絕緣襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的陰陽微空洞電極(2)，是多層薄膜，包括金屬層(6)、一維納米材料層(7)和頂層絕緣材料層(8)，金屬層(6)設(shè)置在襯底(1)上，一維納米材料層(7)設(shè)置在金屬層(6)上，頂層絕緣層(8)設(shè)置在一維納米材料層(7)上，一維納米材料層(7)的邊緣與頂層絕緣層(8)的邊緣之間有幾微米到幾百微米的距離，從而使多層薄膜組成空腔結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的陰陽微空洞電極(2)，包括陽極(5)和陰極(3)，陽極(5)和陰極(3)中間有間隙隔開，間隙中存有氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的一維納米結(jié)構(gòu)(4)，位于陽極(5)和陰極(3)微空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面。
全文摘要
一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的使用一維納米材料的陰陽微空洞電極等離子體器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括襯底、陰陽微空洞電極、一維納米結(jié)構(gòu)層。陰陽微空洞電極設(shè)置在襯底上，一維納米結(jié)構(gòu)層覆蓋于每個空洞電極內(nèi)壁的部分或者全部表面。陰陽微空洞電極由氣體間隔相互隔離。本發(fā)明既可以得到空洞電極特征的等離子體，并利用對側(cè)等離子體的帶電粒子漂移和亞穩(wěn)態(tài)進(jìn)一步提高空洞內(nèi)部的電離，增加帶電粒子產(chǎn)額和亞穩(wěn)態(tài)產(chǎn)額；又可以利用陰陽空洞之間的氣體間隙提高氣體流動性，增強可控性；一維納米結(jié)構(gòu)層的加入可以增強電場集中，降低工作電壓。
文檔編號B82B1/00GK1794410SQ20051011221
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者侯中宇, 蔡炳初, 張亞非, 徐東, 魏星 申請人:上海交通大學(xué)