一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置及其極化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及駐極體極化，具體涉及一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置及其極化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]駐極體包括駐極體基體及其表面的極化電荷。極化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)駐極體獲取高密度電荷的唯一手段，對于駐極體式微機(jī)電系統(tǒng)的性能起到?jīng)Q定性作用，是開展駐極體微機(jī)電系統(tǒng)研究的首要關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)外專家學(xué)者對于駐極體的極化技術(shù)開展了廣泛的研究?，F(xiàn)有的經(jīng)典的駐極體極化方式為電暈極化，它是利用空氣高壓電弧放電機(jī)理，然而電暈放電產(chǎn)生的離子由于電荷“聚集”效應(yīng)無法極化具有高深寬比結(jié)構(gòu)的駐極體；同時(shí)電暈極化不能穿透有阻擋的固體介質(zhì)，因此無法對于封裝后的駐極體進(jìn)行極化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置及其極化方法，可實(shí)現(xiàn)快速高效的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的極化，無需真空環(huán)境、不受封裝外殼影響。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置。
[0005]本發(fā)明的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置包括:防護(hù)箱體、射線發(fā)生器、探針臺(tái)組件和高壓偏置電源；其中，防護(hù)箱體為具有射線防護(hù)功能的金屬箱體結(jié)構(gòu)；射線發(fā)生器包括放置在防護(hù)箱體外部的射線供電裝置以及與其相連接的設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的頂部的射線發(fā)生裝置和射線照射裝置；探針臺(tái)組件包括絕緣的探針基座、絕緣的載物臺(tái)和位置可調(diào)探針，探針基座設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的底部且正對射線照射裝置，探針基座的頂端分別裝有兩根位置可調(diào)探針；在探針基座的中間放置載物臺(tái)，載物臺(tái)上放置待極化的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品，高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)相對的側(cè)壁為兩個(gè)待極化的駐極體表面，相背的為各自的背電極；兩根位置可調(diào)探針分別接觸兩個(gè)背電極，并分別通過導(dǎo)線連接至防護(hù)箱體外的高壓偏置電源的高壓端和接地端。
[0006]防護(hù)箱體包括金屬的箱體外殼以及在其內(nèi)壁附著的塑性絕緣材料；防護(hù)箱體的金屬外殼厚度大于5_，用于防護(hù)射線福射；塑性絕緣材料的厚度在2?5cm之間，用于防止極化過程的高壓電與防護(hù)箱體的電學(xué)絕緣。防護(hù)箱體的一側(cè)設(shè)置具有觀察窗的門，位置略高于樣品固定組件的上表面，以通過觀察窗觀察駐極體樣品的極化過程。
[0007]射線發(fā)生器為強(qiáng)度可調(diào)的α射線源、β射線源、γ射線源以及X射線源中的一種。射線發(fā)生裝置激發(fā)其中一種放射源而后通過射線照射裝置輻射高能的射線使得空氣分子電離，從而產(chǎn)生諸如CO3、(H2O)2H+、O2、H3O+等的高密度正、負(fù)電荷。
[0008]高壓偏置電源為高壓直流電壓源，可產(chǎn)生± IV?± 1kV直流電壓，并帶有漏電流檢測反饋功能，防止駐極體樣品電學(xué)擊穿。
[0009]此外，駐極體極化裝置還包括射線強(qiáng)度劑量筆和智能報(bào)警器，分別安裝在防護(hù)箱體的外壁，射線強(qiáng)度劑量筆連接至智能報(bào)警器，智能報(bào)警器連接至射線供電裝置；射線強(qiáng)度劑量筆測量防護(hù)箱體外的射線強(qiáng)度，當(dāng)射線強(qiáng)度超過安全閾值(行業(yè)規(guī)定)的人體安全范圍時(shí)，智能報(bào)警器報(bào)警并切斷射線供電裝置的電源。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化方法。
[0011]本發(fā)明的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化方法，包括以下步驟:
[0012]I)高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品放置在載物臺(tái)上，兩個(gè)相對的側(cè)壁為兩個(gè)待極化的駐極體表面，相背的為各自的背電極；
[0013]2)兩根位置可調(diào)探針分別接觸兩個(gè)背電極，同時(shí)兩根位置可調(diào)探針分別通過導(dǎo)線連接至防護(hù)箱體外的高壓偏置電源的高壓端和地端；
[0014]3)射線發(fā)生裝置激發(fā)放射源，通過射線照射裝置向高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品發(fā)射射線，在射線覆蓋的區(qū)域產(chǎn)生等離子體；
[0015]4)射線覆蓋區(qū)域內(nèi)的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間的空氣被電離，充滿等離子體；
[0016]5)開啟高壓偏置電源，連接高壓偏置電源的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間產(chǎn)生高壓偏置電場，若射線強(qiáng)度劑量筆測量射線強(qiáng)度未超過安全閾值，則正常工作進(jìn)入步驟6)，否貝1J，若射線強(qiáng)度超過安全閾值，智能報(bào)警器報(bào)警并立即控制射線供電裝置停止工作；
[0017]6)等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在高壓偏置電場的作用下分離并沿著相反方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷分別被吸附在高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面；
[0018]7)高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)，極化結(jié)束。
[0019]其中，在步驟7)中，經(jīng)過大于10秒極化后，兩個(gè)相對的駐極體表面吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)，極化結(jié)束；可通過高壓偏置電源的漏電流檢測反饋功能觀測漏電流是否趨于飽和。
[0020]基本原理為:射線發(fā)生裝置激發(fā)放射源，通過射線照射裝置向高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品發(fā)射射線，在射線覆蓋的區(qū)域產(chǎn)生等離子體；射線覆蓋區(qū)域內(nèi)兩個(gè)待極化的駐極體表面之間充滿等離子體；接高電壓與接地的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間形成了高壓偏置電場；等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在偏置高壓電場的作用下分離并沿著相反方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷分別被吸附在高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)相對的待極化的駐極體表面。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0022]本發(fā)明采用基于射線的駐極體極化裝置及其極化方法，無需真空環(huán)境、結(jié)構(gòu)簡單、快速高效，實(shí)現(xiàn)了對高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的極化；同時(shí)由于射線可穿透常規(guī)封裝外殼，因此本極化方法不受封裝工藝的影響；極化時(shí)間可從傳統(tǒng)的電暈極化5?20分鐘時(shí)間縮短到10秒量級。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例的基于射線的駐極體極化裝置包括:防護(hù)箱體1、射線發(fā)生器、探針臺(tái)組件和高壓偏置電源；其中，防護(hù)箱體I防護(hù)箱體包括金屬的箱體外殼11以及在其內(nèi)壁附著的塑性絕緣材料12 ;射線發(fā)生器包括放置在防護(hù)箱體外部的射線供電裝置21以及與其相連接的設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的頂部的射線發(fā)生裝置22和射線照射裝置23 ;探針臺(tái)組件包括絕緣的探針基座31、絕緣的載物臺(tái)32和位置可調(diào)探針33，探針基座31設(shè)置在防護(hù)箱體I內(nèi)的底部且正對射線照射裝置23，探針基座31的頂端裝有兩根位置可調(diào)探針33 ;在探針基座的中間放置載物臺(tái)32，載物臺(tái)32上放置待極化的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品4 ;高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品4的兩個(gè)相對的側(cè)壁為兩個(gè)待極化的駐極體表面，相背的為各自的背電極5，兩根位置可調(diào)探針分別接觸兩個(gè)背電極5，并分別通過導(dǎo)線連接至防護(hù)箱體外的高壓偏置電源6的高壓端和接地端；射線強(qiáng)度劑量筆和智能報(bào)警器7安裝在防護(hù)箱體I的外壁。
[0026]最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置，其特征在于，所述射線極化裝置包括:防護(hù)箱體、射線發(fā)生器、探針臺(tái)組件和高壓偏置電源；其中，所述防護(hù)箱體為具有射線防護(hù)功能的金屬箱體結(jié)構(gòu)；所述射線發(fā)生器包括放置在防護(hù)箱體外部的射線供電裝置以及與其相連接的設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的頂部的射線發(fā)生裝置和射線照射裝置；所述探針臺(tái)組件包括絕緣的探針基座、絕緣的載物臺(tái)和位置可調(diào)探針，探針基座設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的底部且正對射線照射裝置，探針基座的頂端裝有兩根位置可調(diào)探針；在探針基座的中間放置載物臺(tái)，載物臺(tái)上放置待極化的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品，所述高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)相對的側(cè)壁為兩個(gè)待極化的駐極體表面，相背的為各自的背電極；兩根位置可調(diào)探針分別接觸兩個(gè)背電極，并分別通過導(dǎo)線連接至防護(hù)箱體外的高壓偏置電源的高壓端和接地端。2.如權(quán)利要求1所述的射線極化裝置，其特征在于，所述防護(hù)箱體的金屬外殼厚度大于5_ ;所述塑性絕緣材料的厚度在2?5cm之間。3.如權(quán)利要求1所述的射線極化裝置，其特征在于，所述射線發(fā)生器為強(qiáng)度可調(diào)的α射線源、β射線源、γ射線源以及X射線源中的一種。4.如權(quán)利要求1所述的射線極化裝置，其特征在于，還包括射線強(qiáng)度劑量筆和智能報(bào)警器，分別安裝在防護(hù)箱體的外壁，所述射線強(qiáng)度劑量筆連接至智能報(bào)警器，所述智能報(bào)警器連接至射線供電裝置。5.一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化方法，其特征在于，所述射線極化方法包括以下步驟: 1)高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品放置在載物臺(tái)上，兩個(gè)相對的側(cè)壁為兩個(gè)待極化的駐極體表面，相背的為各自的背電極； 2)兩根位置可調(diào)探針分別接觸兩個(gè)背電極，同時(shí)兩根位置可調(diào)探針分別通過導(dǎo)線連接至防護(hù)箱體外的高壓偏置電源的高壓端和地端； 3)射線發(fā)生裝置激發(fā)放射源，通過射線照射裝置向高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品發(fā)射射線，在射線覆蓋的區(qū)域產(chǎn)生等離子體； 4)射線覆蓋區(qū)域內(nèi)的高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間的空氣被電尚，充滿等尚子體； 5)開啟高壓偏置電源，連接高壓偏置電源的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間產(chǎn)生高壓偏置電場，若射線強(qiáng)度劑量筆測量射線強(qiáng)度未超過安全閾值，則正常工作進(jìn)入步驟6)，否則，若射線強(qiáng)度超過安全閾值，智能報(bào)警器報(bào)警并立即控制射線供電裝置停止工作； 6)等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在高壓偏置電場的作用下分離并沿著相反方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷分別被吸附在高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面； 7)在高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體樣品的兩個(gè)待極化的駐極體表面所吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)，極化結(jié)束。6.如權(quán)利要求5所述的射線極化方法，其特征在于，在步驟7)中，經(jīng)過大于10秒極化后，兩個(gè)相對的駐極體表面吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)，極化結(jié)束；通過高壓偏置電源的漏電流檢測反饋功能觀測漏電流是否趨于飽和。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的射線極化裝置及其極化方法。本發(fā)明的射線極化裝置包括：防護(hù)箱體、射線發(fā)生器、探針臺(tái)組件和高壓偏置電源；射線覆蓋區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)待極化的駐極體表面之間的空間充滿高密度等離子體；接高電壓與接地的兩個(gè)待極化的表面之間形成了高壓偏置電場；等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在偏置高壓電場的作用下分離并沿著相反方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)特定電性的電荷分別吸附在兩個(gè)待極化的駐極體表面。本發(fā)明無需真空環(huán)境、結(jié)構(gòu)簡單、快速高效，實(shí)現(xiàn)了對高深寬比結(jié)構(gòu)駐極體的極化；同時(shí)由于射線可穿透常規(guī)封裝外殼，因此本極化方法不受封裝工藝的影響；極化時(shí)間可從傳統(tǒng)的電暈極化5～20分鐘時(shí)間縮短到10秒量級。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105036064
【申請?zhí)枴緾N201510409014
【發(fā)明人】馮躍
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月13日