專利名稱：含浮動電極的新型微等離子體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共面電極結(jié)構(gòu)的微等離子體器件，結(jié)構(gòu)中含有浮動電極，對器件 的整體性能有很大的改善。
背景技術(shù)：
微腔等離子體器件(Microcavity Plasma Devices,MPD)的特點是微腔尺寸小、放 電氣壓高。正是由于這兩個特點，而使MPD具有許多獨特的放電特性，已然成為現(xiàn)在的研究 I - ；°自1959年White第一次提出了微中空陰極輝光放電起，微等離子體已有了長足發(fā) 展。最初的微腔等離子體器件是從微中空電極器件發(fā)展而來，因此早期的微等離子體通常 被稱為中空電極放電。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)。例如1999年，Kunhardt和Becker提出了毛細(xì)管 等離子體放電。2004年，Park在其博士畢業(yè)論文中對該結(jié)構(gòu)器件不同尺寸的放電特性進(jìn)行 了細(xì)致的研究，實現(xiàn)了高氣壓下的等離子體噴射.同時，從1997年開始，Eden等人開發(fā)了 硅上制作的微腔等離子體器件。最初在硅上采用鉆孔工藝制作的為圓柱形微腔結(jié)構(gòu)，繼而 在2001年研制了采用光刻工藝在硅上制作的倒金字塔型微腔結(jié)構(gòu)。在此后的幾年中，Eden 等人逐漸將微腔等離子體陣列從3X3擴展到30 X 30、200 X 200、500 X 500。同時，2005年， Eden等人首次開發(fā)出了多層鋁/氧化鋁結(jié)構(gòu)的微腔等離子體器件，并在之后的時間里，主 要在鋁基底上制作微腔陣列，與2009年將該器件陣列擴展到200 X 100和320 X 160兩種。 除以上材料，2001年，Vojak開發(fā)出了采用多層陶瓷平面工藝制作的多級陶瓷微放電器件， 為了提高發(fā)光性能，Park于2004年采用碳納米管提高了器件電極的著火電壓和發(fā)光效率。 2005年Kim提出的玻璃上制作的微腔等離子體器件、2006年P(guān)ark提出的鋁/氧化鋁/玻璃 微腔等離子體器件和2007年Lu提出的可塑膜具制作的微腔等離子體陣列器件。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， 當(dāng)然隨之制作工藝難度也將增加不少。自2003后，浮動電極就開始研究并被應(yīng)用到等離子體顯示器件中，2004年西安 交通大學(xué)電子物理與器件研究所王建琪、劉純亮等人實驗發(fā)現(xiàn)(真空電子技術(shù)，第二期， 2004，16-19頁)，在傳統(tǒng)的PDP顯示單元中引入浮動電極，并合理優(yōu)化設(shè)計浮動電極的寬 度、間隙以及浮動電極與顯示電極平面之間的介質(zhì)厚度及其相對介電常數(shù)等參量，采用浮 動電極后(I)PDP的最小維持電壓得到了較大幅度的降低，平均降幅在80V左右；( 發(fā)光 效率高，則最小維持電壓也高；(3)然而通過調(diào)整浮動電極的間隙，可以實現(xiàn)較高的發(fā)光效 率，并且最小維持電壓增加較少；(4)浮動電極間隙的效率指數(shù)最高(發(fā)光效率改變量/最 小維持電壓改變量)，而浮動電極與顯示電極平面之間介質(zhì)厚度的效率指數(shù)最低。此外，在 2005年，王建琪、胡文波等人申請了發(fā)明名稱為包含浮動電極的交流等離子體顯示屏的 專利(中國專利，NO. 200510041993，公布于2007)，該發(fā)明公開一種包含浮動電極的交流等離子體顯示屏，包括前玻璃板和后玻璃板。前玻璃板由玻璃板、兩組維持放電電極、主浮動 電極、隔離浮動電極、介質(zhì)層和介質(zhì)保護(hù)層構(gòu)成。后玻璃板由玻璃板、尋址電極、障壁、熒光 粉構(gòu)成。將前玻璃板與后玻璃板封接在一起，經(jīng)排氣、充入單一惰性氣體或惰性混合氣體， 最后封離，即形成等離子體顯示屏。此類器件中相鄰顯示行之間非放電間隙兩端為一對維 持放電電極X或一對掃描/維持放電電極Y。在維持放電期間，利用主浮動電極鋸齒狀邊緣 和維持電極之間的預(yù)放電，降低維持電壓，提高發(fā)光效率和發(fā)光亮度。隔離浮動電極可以起 到阻止相鄰單元之間放電串?dāng)_的作用，最終獲得低功耗、高亮度、高對比度的等離子體顯示 屏。對于器件尺寸更小的微等離子體顯示器件(MPD)，現(xiàn)階段的研究多集中在器件制 作以及陣列尋址顯示方面，關(guān)于浮動電極的引入、發(fā)光特性的改善尚未見文獻(xiàn)發(fā)表及報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種含浮動電極的新型微等離子體器件，該器件結(jié)構(gòu)簡單， 便于制作，且可以降低放電的最小維持電壓，提高發(fā)光效率。本發(fā)明提出的含浮動電極的新型微等離子體器件是這樣實現(xiàn)的以鋁箔為材料基底，鋁箔基底中間部分設(shè)置有密集的微腔陣列，微腔內(nèi)部有一層 氧化鋁，作為介質(zhì)層，形成基本的A1/A1203/A1共面型電極結(jié)構(gòu)，微腔兩端尺寸較中間大，在 相鄰兩個微腔的兩端之間有氧化招，相鄰微腔中間部分有純招，純鋁作為浮動電極，由微腔 隔開的基底兩部分作為上下兩個電極，將兩個電極引出，整個鋁箔基底用玻璃密封，抽真空 并充入工作氣體構(gòu)成密封體，即得到含浮動電極的新型微等離子體器件。以鋁箔為材料基底，采用的鋁箔厚度范圍為80-200 μ m。在鋁箔基底上制作的微腔尺寸為50-1000 μ m。相鄰微腔兩端之間的間隙為30-100 μ m。所述的微腔由兩端通孔以及連接該兩通孔的通道構(gòu)成。所述的工作氣體為氖氣或氬氣等惰性氣體。本發(fā)明所提出的含浮動電極的新型微等離子體器件具有如下的優(yōu)點1)器件采用鋁箔為基底材料，該材料加工工藝成熟，簡單易行。2)器件結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，涉及工藝環(huán)節(jié)較少，難度不大，便于制作。3)氣體放電的維持電壓，因浮動電極的關(guān)系，比普通等離子體顯示器件要低。4)真空度要求不高，在IOKPa lOOKPa。


圖1是本發(fā)明提出的新型微等離子體器件的腔體局部俯視截面圖；圖2是本發(fā)明提出的新型微等離子體器件的完整陣列俯視圖；圖3是共面電極微等離子體器件實施例之一腔體局部俯視截面圖；圖4是共面電極微等離子體器件實施例之一完整陣列俯視圖；圖5是另一種腔體結(jié)構(gòu)的共面電極微等離子體器件，實施例之二 ；圖6是共面電極微等離子體器件實施例之二完整陣列俯視圖。
具體實施例方式參照圖1，首先將鋁箔進(jìn)行前期退火，去除鋁箔表面的雜質(zhì)和缺陷，使鋁箔的結(jié)構(gòu) 得以重新晶化，晶粒得以長大，結(jié)晶性能得到提高。再對退火后的鋁箔依次進(jìn)行下了處理 去離子水沖洗，丙酮超聲除油，去離子水沖洗，確保鋁箔表面的純凈。然后，將鋁箔與后基板 玻璃170粘連，開始按照原先制作好的掩模板，在鋁箔上進(jìn)行光刻，刻出類似如圖1中所示 的微腔圖案窗口，圖案包括兩端的圓孔120及矩形通槽121。后在鹽酸溶液中進(jìn)行兩次電 化學(xué)腐蝕，得到微腔陣列。光刻腐蝕工藝完成后，再進(jìn)行電化學(xué)氧化環(huán)節(jié)。通過控制參數(shù)， 氧化時間等，使得相鄰微腔兩端部分純鋁完全氧化氧化鋁130，徹底絕緣斷開，也就是說微 腔陣列將上下兩部分鋁箔隔開，同時因微腔兩端獨特的設(shè)計，相鄰微腔腔體中間有部分純 鋁140未被完全氧化，這部分純鋁就作為器件的浮動電極，對器件的性能有顯著影響。鋁箔 表面已氧化為氧化鋁160。圖2給出了完整的共面電極微等離子體器件，完成上述的電化學(xué)氧化之后，將器 件與前基板玻璃180粘連，然后將器件放入真空室中進(jìn)行抽氣，并充入工作氣體，即氖氣或 氬氣等惰性氣體，之后進(jìn)行密封處理。鋁箔邊緣處，開有通槽150，便于兩個上下電極100及 110引出并裸露在外，為后續(xù)加電測試做好準(zhǔn)備。圖3給出了新型共面電極微等離子體器件腔體的另一種結(jié)構(gòu)，為本專利實施例之 一，圖4為其完整陣列俯視圖。在這個實施例中，微腔兩側(cè)的鋁箔作為器件的兩個上下電極 100和110，微腔兩端的圖案為矩形120，這樣氧化后，間隙保留的純鋁的形貌也為矩形140， 也就使得引入的浮動電極，形狀發(fā)生變化，對于器件整體性能的影響與圖1將有所不同，可 以降低器件的維持電壓，提高發(fā)光效率。圖5給出了新型共面電極微等離子體器件腔體的另一種結(jié)構(gòu)，為本專利實施例之 二，圖6為其完整陣列俯視圖。在這個實施例中，微腔兩端的鋁箔作為器件的兩個上下電極 100和110，微腔兩端的圖案為菱形120，間隙保留的純鋁的形貌也為頂端為三角的長條矩 形140，這樣的設(shè)計，有利用氧化環(huán)節(jié)的進(jìn)行，同時氧化后，間隙保留的純鋁形貌發(fā)生改變， 也就是引入的浮動電極，形狀發(fā)生變化，對器件整體性能的影響發(fā)生改變，有利于降低器件 的維持電壓，提高發(fā)光效率。本發(fā)明提出的含浮動電極的新型微等離子體器件是這樣工作的首先，對器件內(nèi) 部抽氣，充入惰性氣體氬氣或氖氣，并進(jìn)行封裝。然后，往上下兩個電極加輸入信號，輸入信 號波形可為交流正弦波或正負(fù)方波。只要輸入信號的峰值高于器件著火電壓，那么腔體內(nèi) 部惰性氣體擊穿放電，電離腔體氣體，產(chǎn)生等離子體，實現(xiàn)整個介質(zhì)阻擋放電過程。如果惰 性氣體種類為氖氣，則放電還能發(fā)出紅色可見光。為了進(jìn)一步測量器件的光電特性，需要對 其維持電壓，放電電流，放電效率，發(fā)光亮度等結(jié)果進(jìn)行記錄，然后進(jìn)行分析，得到參量間相 互關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種含浮動電極的微等離子體器件，其特征在于以鋁箔為材料基底，鋁箔基底中 間部分設(shè)置有密集的微腔陣列，微腔內(nèi)部有一層氧化鋁(130)，作為介質(zhì)層，形成基本的 A1/A1A/A1共面型電極結(jié)構(gòu)，微腔兩端尺寸較中間大，在相鄰兩個微腔的兩端之間有氧化 鋁(130)，相鄰微腔中間部分有純鋁(140)，純鋁(140)作為浮動電極，由微腔隔開的基底兩 部分作為上下兩個電極，將兩個電極弓I出，整個鋁箔基底用玻璃密封，抽真空并充入工作氣 體構(gòu)成密封體，即得到含浮動電極的微等離子體器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微等離子體顯示器件，其特征在于以鋁箔為材料基底，采用 的鋁箔厚度范圍為80-200 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微等離子體顯示器件，其特征在于在鋁箔基底上制作的微 腔尺寸為50-1000 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微等離子體顯示器件，其特征在于相鄰微腔兩端之間的間 隙為 30-100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微等離子體顯示器件，其特征在于所述的微腔由兩端通孔 (120)以及連接該兩通孔的通道(121)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微等離子體顯示器件，其特征在于所述的工作氣體為氖氣 或氬氣惰性氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含浮動電極的新型微等離子體器件，該器件以鋁箔為材料基底，鋁箔上有密集的陣列微腔，微腔內(nèi)部有一層氧化鋁，作為介質(zhì)層，如此可形成基本的Al/Al2O3/Al共面型電極結(jié)構(gòu)，微腔兩端尺寸較中間要大，僅在微腔的兩端之間存有氧化鋁，相鄰微腔中間之間剩余有純鋁，并作為浮動電極，這樣就形成完整的微型腔體陣列，同時微腔上下兩側(cè)已絕緣開來的兩部分鋁箔基底充當(dāng)器件的兩個電極，引出上下兩個電極后，整個基底用玻璃密封抽真空，從而得到最終的含浮動電極的新型微等離子體器件。該器件結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，且可以降低放電的最小維持電壓，提高發(fā)光效率。
文檔編號H01J17/49GK102082059SQ20101060065
公開日2011年6月1日 申請日期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 申請人:西安交通大學(xué)