一種基于射線的駐極體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，具體涉及一種基于射線的駐極體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(duì)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(kāi)展駐極體微機(jī)電系統(tǒng)研究的首要關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)于駐極體的極化技術(shù)開(kāi)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暈放電機(jī)理，然而產(chǎn)生的離子不能穿透有阻擋的固體介質(zhì)，只能極化裸露的駐極體，且極化時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10?30分鐘，因此電暈極化無(wú)法對(duì)于封裝后的駐極體進(jìn)行極化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于射線的駐極體極化裝置及其極化方法，即可對(duì)裸露的、又可對(duì)一定厚度封裝外殼內(nèi)的駐極體進(jìn)行高效快速的極化。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種基于射線的駐極體極化裝置。
[0005]本發(fā)明的基于射線的駐極體極化裝置包括:防護(hù)箱體、射線發(fā)生器、樣品固定組件、支撐架、金屬薄膜和高壓偏置電源；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；樣品固定組件設(shè)置在防護(hù)箱體內(nèi)的底部且正對(duì)射線發(fā)生裝置和射線照射裝置，包括絕緣的樣品臺(tái)支柱以及設(shè)置在其上的導(dǎo)電的樣品臺(tái)；待極化的駐極體樣品的下表面涂覆有金屬背電極，放置在導(dǎo)電的樣品臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了金屬背電極與樣品臺(tái)的電學(xué)連通；在樣品臺(tái)上且在待極化的駐極體樣品外設(shè)置絕緣的支撐架，在支撐架上設(shè)置金屬薄膜覆蓋待極化的駐極體樣品，并且金屬薄膜與待極化的駐極體樣品之間具有間距；金屬薄膜和樣品臺(tái)分別通過(guò)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(guò)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(mén)，位置略高于樣品固定組件的上表面，以通過(guò)觀察窗觀察駐極體樣品的極化過(guò)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(guò)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(cè)反饋功能，防止駐極體樣品電學(xué)擊穿。
[0009]金屬薄膜的材料采用易被射線穿透的金屬薄膜，如招薄膜，厚度在10nm?200nm之間。
[0010]駐極體樣品可以是裸露的駐極體，也可以封裝在封裝外殼的駐極體。封裝外殼采用是鋁、聚碳酸酯以及是石英中一種。
[0011]金屬背電極的材料采用的材料采用鋁、金和銅中的一種，厚度在10nm?500nm之間。
[0012]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(cè)量防護(hù)箱體外的射線強(qiáng)度，當(dāng)射線強(qiáng)度超過(guò)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。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于射線的駐極體極化方法。
[0014]本發(fā)明的基于射線的駐極體極化方法，包括以下步驟:
[0015]I)下表面涂覆有金屬背電極的待極化的駐極體樣品放置在導(dǎo)電的樣品臺(tái)上，金屬薄膜覆蓋待極化的駐極體樣品；
[0016]2)射線供電裝置控制射線發(fā)生裝置激發(fā)放射源，通過(guò)射線照射裝置向待極化的駐極體樣品發(fā)射射線，在射線覆蓋的區(qū)域產(chǎn)生等離子體；
[0017]3)射線覆蓋區(qū)域內(nèi)的金屬薄膜、待極化的駐極體樣品和樣品臺(tái)周?chē)錆M(mǎn)等離子體；
[0018]4)開(kāi)啟高壓偏置電源，連接高壓偏置電源的金屬薄膜與樣品臺(tái)之間產(chǎn)生高壓偏置電場(chǎng)，若射線強(qiáng)度劑量筆測(cè)量射線強(qiáng)度未超過(guò)安全閾值，則正常工作進(jìn)入步驟5)，否則，若射線強(qiáng)度超過(guò)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；
[0019]5)等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在高壓偏置電源提供的偏置電場(chǎng)力的作用下分離并沿著相反方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)正電荷或負(fù)電荷吸附在待極化的駐極體樣品的表面；
[0020]6)駐極體樣品的表面吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)時(shí)，極化結(jié)束。
[0021]其中，在步驟I)中，金屬薄膜與待極化的駐極體樣品之間的間距在0.5mm?3cm之間。金屬背電極的材料采用鋁、金和銅的常用金屬材料中的一種。
[0022]在步驟6)中，經(jīng)過(guò)大于10秒極化后，駐極體樣品的表面吸附的電荷趨于飽和狀態(tài)，極化結(jié)束；可通過(guò)高壓偏置電源的漏電流檢測(cè)反饋功能觀測(cè)漏電流是否趨于飽和。
[0023]基本原理為:射線發(fā)生裝置激發(fā)放射源，通過(guò)射線照射裝置向待極化的駐極體樣品發(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)的金屬薄膜、待極化的駐極體樣品和樣品臺(tái)周?chē)臻g充滿(mǎn)高密度等離子體；接高電壓的金屬薄膜與接地的導(dǎo)電樣品臺(tái)之間形成了高壓偏置電場(chǎng)；等離子體內(nèi)的正電荷和負(fù)電荷在偏置高壓電場(chǎng)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(或正，或負(fù))的電荷被待極化的駐極體樣品的表面吸附。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0025]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(wú)需真空環(huán)境、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、快速高效，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(jí)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)封裝外殼內(nèi)的駐極體進(jìn)行快速極化。
【附圖說(shuō)明】