專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁基底新型共面微腔等離子體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種鋁基底新型共面微腔等離子體器件，這種器件的放電單元結(jié)構(gòu)以 純鋁或鋁合金為基底，且特征尺寸在200微米以下。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)大氣壓附近的弱電離等離子體非常不穩(wěn)定，特別容易產(chǎn)生弧光放電。但是，將 工作氣體限制在微米級(jí)的空間中，就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電。此類(lèi)放電通常被稱(chēng)為“微等 離子體”，也叫“微腔等離子體”。微腔等離子體器件的放電尺寸一般在ΙΟμπι到150 μ m之 間，放電類(lèi)型屬于介質(zhì)阻擋放電。早期器件中微腔尺寸一般為幾百微米，最近已經(jīng)減小到幾 十微米，并且有減小到十微米以下的趨勢(shì)。微等離子體具有弱電離、邊界主導(dǎo)現(xiàn)象和高粒子 濃度等獨(dú)有特征，近年來(lái)得到了越來(lái)越多研究人員的重視。最初的微等離子體器件是從微中空電極器件發(fā)展而來(lái)，因此早期的微等離子體通 常被稱(chēng)為中空電極放電。隨著器件結(jié)構(gòu)的發(fā)展，微等離子體已經(jīng)脫離中空電極放電而成為 一種新的放電類(lèi)型。微等離子體器件的結(jié)構(gòu)有許多種，其中最常使用的是金屬/介質(zhì)/金 屬三層結(jié)構(gòu)，許多放電特性的研究就是基于此結(jié)構(gòu)。微腔等離子體器件結(jié)構(gòu)包括微腔結(jié)構(gòu) 和電極結(jié)構(gòu)，而其中主要的不同之處在于電極結(jié)構(gòu)。按照不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將器件結(jié)構(gòu) 分為多層電極結(jié)構(gòu)、對(duì)向電極結(jié)構(gòu)和共面電極結(jié)構(gòu)三種主要類(lèi)型。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)就是 屬于對(duì)向電極結(jié)構(gòu)。微等離子體的應(yīng)用發(fā)展很快，常被用作紫外線(xiàn)輻射源和離子源。在環(huán)境治理方面 主要用于處理廢氣和可揮發(fā)性有機(jī)物。半導(dǎo)體材料硅上制作的微等離子器件出現(xiàn)之后，利 用等離子體和半導(dǎo)體界面對(duì)入射光線(xiàn)的敏感性，可以制作出小型光探測(cè)器件。在等離子體 刻蝕方面，通過(guò)點(diǎn)亮指定區(qū)域的微等離子體陣列單元，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)掩膜光刻。在等離子體噴 射方面，微等離子體由于其等離子體密度較高而有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前在此方面的研究也逐 漸成為熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種鋁基底新型共面微腔等離子體器件，這種器件的放電單 元結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于多種領(lǐng)域尤其是PDP方面。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的該器件以鋁合金或純鋁為基底，圓柱形的微腔通孔單元呈陣列排布，陣列中行與 行之間的間距大于列與列之間的間距，并且每個(gè)微腔通孔單元周?chē)幸粚痈飨蛲缘难趸?鋁薄膜層；氧化鋁薄膜層的厚度大于陣列中列與列的間距，而小于行與行的間距；陣列中 每行微腔通孔單元中相鄰兩個(gè)微腔通孔單元之間就完全被氧化鋁薄膜層填充，而相鄰兩行 微腔通孔單元之間則只有一部分被氧化鋁薄膜層填充，這就構(gòu)成了共面型電極結(jié)構(gòu)，在每 行微腔通孔單元的上下兩側(cè)加上驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電。所采用的鋁基底可采用純鋁或鋁合金，鋁基底厚度在50-200微米。
微腔通孔單元的尺寸在50微米到1毫米之間。在微腔通孔單元的陣列中，列與列之間的間距在5-80微米，而行與行之間的間距 在80微米以上。每個(gè)微腔通孔單元周?chē)加幸粚?-80微米厚的氧化鋁薄膜層，用作介質(zhì)阻擋層。每一行的每?jī)蓚€(gè)相鄰微腔通孔單元之間完全被氧化鋁薄膜層填充，每行微腔通孔 單元的上下兩側(cè)不導(dǎo)通，加上正負(fù)維持電極，用來(lái)維持放電。采用每行微腔通孔單元之間剩余的鋁層做為維持電極，維持電極在一個(gè)平面內(nèi)， 發(fā)生共面放電。每行微腔單元之間的維持電極都埋藏在氧化鋁薄膜層的介質(zhì)層內(nèi)。在鋁基底的上下兩面分別加上底電極和ITO玻璃，向微腔通孔單元中充入氖氣或 氬氣等惰性氣體，實(shí)現(xiàn)微腔通孔單元的介質(zhì)阻擋放電。本發(fā)明提出的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，在純鋁或鋁合金上制作出微腔 通孔單元的陣列，用作等離子體放電單元；然后把微腔通孔單元周?chē)匿X層氧化出一層氧 化鋁薄膜，用作阻擋介質(zhì)。這種方法制作出來(lái)的新型放電單元結(jié)構(gòu)，能有效的提高發(fā)光效 率，大大簡(jiǎn)化等離子體顯示器件的生產(chǎn)工藝，提高等離子體顯示器件的分辨率，具有良好的 應(yīng)用前景。這種鋁基底新型共面微腔等離子體器件最大的優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)放電單元可以制作 在一層鋁基底上，制作工藝簡(jiǎn)單，能大大節(jié)約成本。


圖1是圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的立體截面圖；圖2是圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的橫向截面圖；圖3是圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的縱向截面圖；圖4是圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；圖5是菱形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；圖6是橢圓形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；圖7是矩形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式圖1所示為圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的立體截面 圖。圖中100為氧化鋁器壁，110為微腔單元，140為左側(cè)維持電極，150為右側(cè)維持電極。 它是這樣實(shí)現(xiàn)的選取50-200微米厚的純鋁或鋁合金，先采用表面打磨、機(jī)械拋光等方法 進(jìn)行處理，使其表面光滑平整；然后按照所需微腔通孔的形狀，選用圓形圖案的模板進(jìn)行光 刻，將不需打孔的地方用光刻膠保護(hù)起來(lái)；接著采用電化學(xué)刻蝕的方法，用鹽酸、硫酸或者 磷酸等刻蝕液，加上恒定電流進(jìn)行刻蝕，在未被光刻膠保護(hù)的地方刻蝕出通孔，刻蝕完畢之 后去掉光刻膠，這樣就在鋁層上制作出了微腔通孔單元；隨后采用草酸等溶液進(jìn)行電化學(xué) 陽(yáng)極氧化，在每個(gè)微腔通孔單元周?chē)趸鲆粚友趸X薄膜；最后充入氖氣或氬氣等惰性 氣體，加上帶有ITO電極的玻璃基板，就可以實(shí)現(xiàn)微等離子體共面放電。
4
從圖1中可以看出，每一個(gè)微腔通孔單元周?chē)匿X層都氧化成了氧化鋁薄膜層。 這層氧化鋁薄膜層主要起兩個(gè)作用一是作為一個(gè)絕緣層，提供介質(zhì)阻擋放電的阻擋層； 二是將每行微腔通孔單元上下隔絕起來(lái)，從原來(lái)的相互連通，變?yōu)樯舷陆^緣，這樣每行微腔 通孔單元上下兩側(cè)的鋁層可以作為天然的維持電極，從而大大降低了放電單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性，起到節(jié)約成本的作用。圖2為圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的橫向截面圖，圖 中120為上基板玻璃，130為下基板玻璃。從圖中可以看出，同一行之中相鄰微腔通孔單元 之間的鋁層，即器壁都完全氧化成了氧化鋁薄膜層，起到了隔絕上下維持電極和介質(zhì)阻擋 層的作用。圖3是圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的縱向截面圖，從 圖中可以看出，相鄰兩行微腔通孔單元之間的鋁層部分被氧化成了氧化鋁薄膜層，剩余的 鋁層用來(lái)做維持電極。圖5是菱形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；相 對(duì)于圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)，它的微腔通孔單元的形狀為 菱形，其余結(jié)構(gòu)與圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)相同。圖6是橢圓形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖； 相對(duì)于圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)，它的微腔通孔單元的形狀 為橢圓形，其余結(jié)構(gòu)與圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)相同。圖7是矩形鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)的俯視截面圖；相 對(duì)于圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)，它的微腔通孔單元的形狀為 矩形，其余結(jié)構(gòu)與圓型鋁基底新型共面微腔等離子體器件的放電單元結(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明提出的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，以厚度為50-200微米的純鋁 或鋁合金為基底。尺寸在50微米到1毫米的圓柱形的微腔通孔單元呈陣列排布，陣列中行 與行之間的間距大于列與列之間的間距，并且每個(gè)微腔通孔單元周?chē)加幸粚痈飨蛲缘?氧化鋁薄膜層；氧化鋁薄膜層的厚度大于陣列中列與列的間距，而小于行與行的間距；這 樣每行微腔通孔單元中相鄰兩個(gè)微腔通孔單元之間就都完全被氧化鋁薄膜層填充，而相鄰 兩行微腔通孔單元之間則只有一部分被氧化鋁薄膜層填充，這就構(gòu)成了共面型電極結(jié)構(gòu)， 每行微腔通孔單元之間剩余的鋁層作為維持電極，埋藏在氧化鋁薄膜層的介質(zhì)層內(nèi)，可以 得到較好的保護(hù)，這樣就可以在每行微腔通孔單元的上下兩側(cè)加上驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻 擋放電。這種鋁基底新型共面微腔等離子體器件之中，每一行的微腔通孔單元之間的間距 在5-80微米的范圍；而相鄰兩行微腔通孔單元之間的間距在80微米以上。微腔通孔單元 周?chē)难趸X薄膜層厚度大于微腔通孔單元陣列中列與列之間的間距，而小于行與行之間 的間距，這就保證了微腔通孔單元陣列中列與列之間完全被氧化鋁填充，而行與行之間則 只有一部分被氧化鋁薄膜層填充。行與行之間剩余下來(lái)的鋁基底可以用來(lái)做為維持電極， 并且埋藏在氧化鋁薄膜層介質(zhì)層內(nèi)，能受到很好的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于該器件以鋁合金或純鋁為基底， 圓柱形的微腔通孔單元(110)呈陣列排布，陣列中行與行之間的間距大于列與列之間的間 距，并且每個(gè)微腔通孔單元(110)周?chē)幸粚痈飨蛲缘难趸X薄膜層(100)；氧化鋁薄膜 層(100)的厚度大于陣列中列與列的間距，而小于行與行的間距；陣列中每行微腔通孔單 元(110)中相鄰兩個(gè)微腔通孔單元(110)之間就完全被氧化鋁薄膜層(100)填充，而相鄰 兩行微腔通孔單元(110)之間則只有一部分被氧化鋁薄膜層(100)填充，這就構(gòu)成了共面 型電極結(jié)構(gòu)，在每行微腔通孔單元(110)的上下兩側(cè)加上驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，所采用的 鋁基底采用純鋁或鋁合金，鋁基底厚度在50-200微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，微腔通孔 單元(110)的尺寸在50微米到1毫米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，在微腔通 孔單元(110)的陣列中，列與列之間的間距在5-80微米，而行與行之間的間距在80微米以 上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，每個(gè)微腔 通孔單元(Iio)周?chē)加幸粚?-80微米厚的氧化鋁薄膜層(100)，用作介質(zhì)阻擋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，每一行的 每?jī)蓚€(gè)相鄰微腔通孔單元(110)之間完全被氧化鋁薄膜層(100)填充，每行微腔通孔單元 (110)的上下兩側(cè)不導(dǎo)通，加上正負(fù)維持電極，用來(lái)維持放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，采用每行 微腔通孔單元(110)之間剩余的鋁層做為維持電極，維持電極在一個(gè)平面內(nèi)，發(fā)生共面放H1^ O
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，每行微腔 單元(110)之間的維持電極都埋藏在氧化鋁薄膜層(100)的介質(zhì)層內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基底新型共面微腔等離子體器件，其特征在于，在鋁基底 的上下兩面分別加上底電極和ITO玻璃，向微腔通孔單元(110)中充入氖氣或氬氣等惰性 氣體，實(shí)現(xiàn)微腔通孔單元(110)的介質(zhì)阻擋放電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁基底新型共面微腔等離子體器件，純鋁或鋁合金為基底，圓柱形的微腔通孔單元呈陣列排布，陣列中行與行之間的間距大于列與列之間的間距，并且每個(gè)微腔通孔單元周?chē)加幸粚痈飨蛲缘难趸X薄膜層；氧化鋁薄膜層的厚度大于陣列中列與列的間距，而小于行與行的間距；這樣每行微腔通孔單元中相鄰兩個(gè)微腔通孔單元之間就都完全被氧化鋁薄膜層填充，而相鄰兩行微腔通孔單元之間則只有一部分被氧化鋁薄膜層填充，這就構(gòu)成了共面型電極結(jié)構(gòu)，每行微腔通孔單元之間剩余的鋁層作為維持電極，埋藏在氧化鋁薄膜層的介質(zhì)層內(nèi)，可以得到較好的保護(hù)，這樣就可以在每行微腔通孔單元的上下兩側(cè)加上驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電。
文檔編號(hào)H01J17/49GK102110563SQ201010600480
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者何兆 , 劉純亮, 張小寧, 梁志虎, 王含 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)