專(zhuān)利名稱(chēng)：大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電子器件技術(shù)領(lǐng)域的電極及其制造方法，具體地說(shuō)，是 一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極及其制造方法。
背景技術(shù)：
大長(zhǎng)徑比電極的幾何形狀具有柱狀或者帶狀結(jié)構(gòu)，在三維坐標(biāo)內(nèi)的一個(gè)維度 上，它的尺度在數(shù)量級(jí)上大于<formula>formula see original document page 5</formula>，其大小被定義為長(zhǎng)度；在三維坐標(biāo)內(nèi)的另 兩個(gè)維度上，它的尺度在數(shù)量級(jí)上均小于<formula>formula see original document page 5</formula>，并且在這兩個(gè)維度所定義的平 面上，其幾何形狀可以被等效為面積相等的圓形，該圓形的半徑被定義為徑度， 長(zhǎng)度與徑度的比值被定義為長(zhǎng)徑比，大長(zhǎng)徑比電極是指長(zhǎng)徑比大于10的電極， 大長(zhǎng)徑比電極陣列是指由多個(gè)大長(zhǎng)徑比電極排列組合而成的電極陣列。
大長(zhǎng)徑比電極在電子器件領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，例如氣體傳感器、生物傳感器、 壓力傳感器、質(zhì)譜分析裝置、光譜分析裝置、用于高精度圖形轉(zhuǎn)移設(shè)備的紫外燈、 等離子體顯示器等等。這其中，對(duì)于許多器件和裝置，降低工作電壓都是非常重 要的，而對(duì)于一個(gè)大長(zhǎng)徑比電極系統(tǒng)而言，這就需要提高長(zhǎng)徑比，并且需要降低 電極間隙，但同時(shí)，為了滿足電子器件微型化的發(fā)展趨勢(shì)，電極的長(zhǎng)度不能做得 過(guò)長(zhǎng)，因此，電極徑度在納米尺度范圍內(nèi)的大長(zhǎng)徑比電極在當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛， 此類(lèi)電極多被稱(chēng)為一維納米材料。一維納米材料當(dāng)前最主要的生長(zhǎng)方法是各種物 理、化學(xué)沉積方法，其生長(zhǎng)方向多數(shù)是垂直于基片表面的，就個(gè)體的幾何特征而 言，其生成的產(chǎn)物長(zhǎng)度很難做得很長(zhǎng)，通常是10" 10、m，而且也很難十分平直 地豎立于基片表面；就整體的統(tǒng)計(jì)特征而言，其生成的產(chǎn)物在空間中的排列多數(shù) 是雜亂無(wú)章的，表現(xiàn)為陣列間隙的不均勻、陣列中個(gè)體的空間取向不平行、陣列 中每個(gè)個(gè)體的幾何特征差異比較大。由于大長(zhǎng)徑比電極多數(shù)條件下是以膜、陣列
的形式應(yīng)用的，因此一維納米材料表現(xiàn)出極化效應(yīng)不均勻、整體的平均電場(chǎng)增強(qiáng) 系數(shù)因電場(chǎng)屏蔽大大降低等問(wèn)題。更重要的是，此類(lèi)一維納米電極系統(tǒng)的間隙很 難做到幾微米的微小水平。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Ashish Modi等在《自然(倫敦)》(《Nature (London)》)，2003年第424巻，第171-174頁(yè)上發(fā)表了 "小型化的碳納米管電 離氣體傳感器，， (Miniaturized Ionization Gas Sensors using Carbon Nanotubes)，該文通過(guò)使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的多壁碳納米管，使得氣體放 電在常壓下的擊穿電壓與沒(méi)有碳納米管的情況相比，下降了幾倍，從而驗(yàn)證了通 過(guò)使用大長(zhǎng)徑比電極陣列，微型化的分子電離式氣體傳感器的制造和使用將更加 可行。文中所使用的這種大長(zhǎng)徑比電極陣列，其制造技術(shù)在當(dāng)前是最為常見(jiàn)的， 就是通過(guò)物理、化學(xué)沉積方法，沿著垂直于基片表面的方向，在基片上生長(zhǎng)這種 徑度在納米尺度的微小電極陣列。在幾何特征上，其特點(diǎn)是電極徑度可以十分微 小(最小的、可重復(fù)記錄是lnm左右)、但長(zhǎng)度通常只能在最多幾十微米以下， 而且其空間排布無(wú)規(guī)則、陣列中的間隙難于控制、陣列中各個(gè)電極的幾何特征通 常是十分不均勻。因此，其電場(chǎng)集中效應(yīng)難于控制和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而使得器件設(shè) 計(jì)與優(yōu)化變得很困難。另一方面，其性能也會(huì)由于電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)和平均長(zhǎng)度較低 而大打折扣。最后，此類(lèi)電極系統(tǒng)的電極間隙很難做到幾微米的水平，即便是實(shí) 現(xiàn)了這樣小的間隙，電極表面的不均勻性也會(huì)變得非常顯著，從而大大降低器件 的可控性，提高標(biāo)定器件的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極及其制 造方法。 一方面，本發(fā)明電極陣列高度規(guī)則、平直、長(zhǎng)徑比最高到108量級(jí)、幾 何特征可以根據(jù)優(yōu)化性能的需要高度可控地制造實(shí)現(xiàn)，加工精度最高在埃米量 級(jí)；另一方面，電極間隙布置在平行于基片的平面結(jié)構(gòu)上，可以通過(guò)高精度的平 面加工工藝制造實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極，包括大長(zhǎng)徑比電極、固態(tài)絕緣材料 和基片；
所述的大長(zhǎng)徑比電極設(shè)置于基片上，其長(zhǎng)度方向彼此平行并且平行于基片； 所述的大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為單層或者多層(即兩層或兩層以上)，當(dāng)大長(zhǎng) 徑比電極的層數(shù)為多層時(shí)，則各層堆疊排列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間填充有固 態(tài)絕緣材料，每一層中的每?jī)蓚€(gè)大長(zhǎng)徑比電極之間填充有固態(tài)絕緣材料，但是最
上面一層的大長(zhǎng)徑比電極之間不必填充有固態(tài)絕緣材料；
所述的大長(zhǎng)徑比電極，在長(zhǎng)度方向上分為相互電絕緣的不同部分，每?jī)蓚€(gè)部
分之間，存在間隙，其中填充有氣態(tài)或液態(tài)絕緣物質(zhì)，每個(gè)部分的大長(zhǎng)徑比電極
全部通過(guò)半導(dǎo)體材料或者導(dǎo)體材料相互連接，再與外電路連接； 所述的大長(zhǎng)徑比電極為導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體材料。 本發(fā)明所涉及的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，包括以下步驟 第一步，在基片表面沉積電極材料薄膜，電極材料薄膜屬于導(dǎo)電材料或者半
導(dǎo)體材料，使用圖形轉(zhuǎn)移方法在基片表面形成一個(gè)或者多個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，作為大長(zhǎng)
徑比電極；
第二步，沉積固態(tài)絕緣材料，將電極材料完全覆蓋；
第三步，如果大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為多層(即兩層或兩層以上)，依次重復(fù) 第一步和第二步，制造多層大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，形成大長(zhǎng)徑比電極陣列， 每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間的間距由其間的固態(tài)絕緣材料的厚度決定；如果是單層 大長(zhǎng)徑比電極，則直接進(jìn)入第四步；
第四步，在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使大長(zhǎng)徑比電極斷開(kāi)，并 形成一個(gè)或者多個(gè)電極間隙，斷開(kāi)后的大長(zhǎng)徑比電極的各個(gè)部分仍然處于基片之 上，從而形成一個(gè)或者多個(gè)大長(zhǎng)徑比電極的側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所涉及的另一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，包括以下步驟
第一步，在基片表面沉積電極材料薄膜，電極材料薄膜屬于導(dǎo)電材料或者半 導(dǎo)體材料，使用圖形轉(zhuǎn)移方法在基片表面形成一個(gè)或者多個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，作為大長(zhǎng) 徑比電極，并且，在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使大長(zhǎng)徑比電極斷開(kāi)， 形成一個(gè)或者多個(gè)電極間隙，斷開(kāi)后的大長(zhǎng)徑比電極的各個(gè)部分仍然處于基片之 上，從而形成一個(gè)或者多個(gè)單層的大長(zhǎng)徑比電極的側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)，如果是單層大 長(zhǎng)徑比電極，則只有第一步；
第二步，沉積固態(tài)絕緣材料，至少將電極材料完全覆蓋；
第三步，如果大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為多層(即兩層或兩層以上)，依次重復(fù) 第一步和第二步，制造多層大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，形成大長(zhǎng)徑比電極陣列， 每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間的間距由其間的固態(tài)絕緣材料的厚度決定；
第四步，使用圖形轉(zhuǎn)移方法將固態(tài)絕緣材料圖形化，使得基片上所有的電極
間隙都暴露出來(lái)，根據(jù)應(yīng)用需要，還可以使得固態(tài)絕緣材料下層材料的其他部分 暴露出來(lái)，但是，每次沉積的固態(tài)絕緣材料下層的大長(zhǎng)徑比電極的電極材料必須 被覆蓋。
所述的電極材料薄膜是單一成分的單層薄膜或者是多種成分逐層堆疊形成 的多層薄膜。
所述的基片是絕緣材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)體材料、表面覆蓋有絕緣層的半導(dǎo) 體材料或者導(dǎo)體材料，如果基片為導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料，第一步開(kāi)始之前，在基 片表面沉積一層絕緣材料。
所述的在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使電極陣列斷開(kāi)，其方法為 激光切割的方法或圖形轉(zhuǎn)移方法中的一種。
所述的圖形轉(zhuǎn)移方法為下列方法之一
① 光刻技術(shù)與選擇性刻蝕技術(shù)相結(jié)合的微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；
② 聚焦離子束刻蝕微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；
③ 微米壓印或納米壓印微加工圖形轉(zhuǎn)移方法。 所述的選擇性刻蝕技術(shù)包括濕法刻蝕技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果 一方面，由于陣列中細(xì)長(zhǎng)的 電極個(gè)體都是平行于基片表面排列，而不是垂直于基片，并且電極間有固態(tài)絕緣 材料填充，而不是沒(méi)有任何機(jī)械支撐地處于氣體或真空之中，因此，當(dāng)徑度在幾 納米時(shí)，該結(jié)構(gòu)中電極個(gè)體的長(zhǎng)度即便在10'英寸數(shù)量級(jí)(相當(dāng)于長(zhǎng)徑比在約io8 數(shù)量級(jí))，陣列中的每個(gè)電極也能夠得到穩(wěn)定的支撐，形成穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)。而 且，由于電極陣列是一層一層地堆疊起來(lái)的，而每一層的電極陣列的幾何特征被 等效為基片表面電極材料薄膜的圖形特征。因此，可以使用平面上的圖形轉(zhuǎn)移方
法，高度規(guī)則地制造每一層徑度下限在納米量級(jí)、長(zhǎng)度上限在10i英寸量級(jí)的大
長(zhǎng)徑比電極陣列，而層與層之間的電極間隙則可以通過(guò)薄膜沉積技術(shù)高精度地加 以控制。因此，電極陣列的整體統(tǒng)計(jì)特征可以做到高度規(guī)則和高度可控，就現(xiàn)有 的微加工技術(shù)而言，這種陣列的加工精度最高在埃米量級(jí)。另一方面，受益于平 面化結(jié)構(gòu)，可以利用高精度的平面制造工藝，使得電極系統(tǒng)的電極間隙能夠達(dá)到 幾微米以下的微小水平，這是傳統(tǒng)的一維納米電極的電極結(jié)構(gòu)所很難實(shí)現(xiàn)的。而 且，電極間隙兩側(cè)都存在著大長(zhǎng)徑比電極，都可以實(shí)現(xiàn)介電空間和電極表面的電
場(chǎng)增強(qiáng)，這會(huì)更有利于某些器件，例如離化器件、等離子體顯示器等，降低其工 作電壓。最后，電極間隙的尺度更均勻，因?yàn)榇箝L(zhǎng)徑比電極陣列尖端部分表面是 高度規(guī)則的，這是常見(jiàn)的一維納米電極結(jié)構(gòu)所很難實(shí)現(xiàn)的。
因此，這種高度規(guī)則、平直、長(zhǎng)徑比最高到108量級(jí)，其電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)將達(dá) 到一個(gè)更高的水平，而且其他電場(chǎng)極化特征能夠更加可控地根據(jù)不同器件物理特 征的需要加以優(yōu)化。這就是說(shuō)，可以通過(guò)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有 強(qiáng)電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)和微小電極間隙的、幾何特征高度規(guī)則可控、可以方便地在平面 上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模陣列的大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電極陣列結(jié)構(gòu)示意三維視圖中，1、 2、 3分別代表大長(zhǎng)徑比電極、固態(tài)絕緣材料和基片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的電極包括大長(zhǎng)徑比電極l、固態(tài)絕緣材料2 和基片3。
所述的大長(zhǎng)徑比電極1設(shè)置于基片3上，其長(zhǎng)度方向彼此平行并且平行于基 片3;
所述的大長(zhǎng)徑比電極1的層數(shù)為單層或者多層，如果大長(zhǎng)徑比電極1的層數(shù) 大于兩層，則各層堆疊排列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極1之間填充有固態(tài)絕緣材料2， 每一層中的每?jī)蓚€(gè)大長(zhǎng)徑比電極1之間填充有固態(tài)絕緣材料2，但是最上面一層 的大長(zhǎng)徑比電極1之間不必填充有固態(tài)絕緣材料2;
所述的大長(zhǎng)徑比電極1，在長(zhǎng)度方向上分為相互電絕緣的不同部分，每?jī)蓚€(gè) 部分之間，存在間隙，其中填充有氣態(tài)或液態(tài)絕緣物質(zhì)，每個(gè)部分的大長(zhǎng)徑比電 極1全部通過(guò)半導(dǎo)體材料或者導(dǎo)體材料相互連接，再與外電路連接；
所述的大長(zhǎng)徑比電極1為導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體材料。 本實(shí)施例涉及電極的制造方法之一如下
第一步基片3為表面氧化的硅基片，氧化膜厚度為2微米，在基片3表面
用磁控濺射方法沉積電極材料薄膜Cr/Au多層膜，各層的厚度分別為10nm和 10nm，通過(guò)光刻和Ar氣干法刻蝕技術(shù)完成圖形轉(zhuǎn)移，形成大長(zhǎng)徑比電極1陣列， 陣列中每條大長(zhǎng)徑比電極1的寬度為500nm，每?jī)蓷l電極1的間距為7/^ ;
第二步在電極材料表面用化學(xué)氣相沉積方法沉積Si02固態(tài)絕緣材料2，將 電極材料完全覆蓋，其厚度為500nm;
第三步依次重復(fù)第一步和第二步，制造三層大長(zhǎng)徑比電極l的堆疊結(jié)構(gòu)， 形成大長(zhǎng)徑比電極1陣列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極1之間的間距由其間的固態(tài)絕緣 材料2的厚度決定，各層固態(tài)絕緣材料2的厚度均相同，為500nm;
第四步利用光刻和干法刻蝕方法，在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極l長(zhǎng)度的方 向上使電極陣列斷開(kāi)，將電極陣列分為三個(gè)部分，每個(gè)部分所有的大長(zhǎng)徑比電極 利用金屬材料相互連接，各個(gè)部分分別與外電路相連，形成了兩個(gè)不同大小的間 隙，分別為8微米和15微米，陣列中大長(zhǎng)徑比電極1的長(zhǎng)度均為1. 5cm，電場(chǎng) 增強(qiáng)效應(yīng)最強(qiáng)的區(qū)域平行于斷開(kāi)后形成的截面。
最終形成的大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)，為一種片上微納電極陣列結(jié)構(gòu)，包括兩 個(gè)電極間隙構(gòu)成的電極單元，電極平直、幾何結(jié)構(gòu)與空間排列規(guī)則均勻，其長(zhǎng)徑 比在104 105數(shù)量級(jí)，根據(jù)文獻(xiàn)上報(bào)道的計(jì)算電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)的模型計(jì)算，其電場(chǎng) 增強(qiáng)系數(shù)為103數(shù)量級(jí)。將中間的大長(zhǎng)徑比電極接地，而使兩側(cè)的大長(zhǎng)徑比電極 分別加載不同的電壓K和V2，在K和V2分別等于5伏特和12伏特的情況下，就 可以在兩個(gè)側(cè)壁電極的檢測(cè)回路中檢測(cè)到nA級(jí)的常壓空氣的暗放電電流。這一 性能使之適合于片上氣體分析裝置等高端應(yīng)用領(lǐng)域。
與一個(gè)作為參照的絲網(wǎng)印刷制備的多壁碳納米管電極相比，在完全相同的條
件下，空氣中暗放電的起始電壓下降了 54%，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，無(wú)法將大長(zhǎng)
徑比電極的寬度做得更小，如果使用國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體代工廠2008年能夠代工的45nm
最小線寬的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以在1 3毫米的電極長(zhǎng)度下就實(shí)現(xiàn)這樣的性能。 本實(shí)施例涉及電極的制造方法之二如下
第一步基片3為玻璃基片，在基片3表面用磁控濺射方法沉積電極材料薄 膜Cr單層膜，厚度為10nm，通過(guò)光刻和Ar氣干法刻蝕技術(shù)完成圖形轉(zhuǎn)移，形 成大長(zhǎng)徑比電極陣列，陣列中每條大長(zhǎng)徑比電極的寬度為500nm，每?jī)蓷l電極的 間距為8Wn，并在長(zhǎng)度方向上形成兩個(gè)等長(zhǎng)度的部分，兩部分之間的間隙為8陶，
每個(gè)部分的大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度均為2cm;兩個(gè)部分分別與外電路相連，各自的加 載電壓分別為Vi和V"可以在間隙中形成不均勻電場(chǎng)，在電極鄰近區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng) 度高度增強(qiáng)。
所形成的大長(zhǎng)徑比電極陣列，電極平直、幾何結(jié)構(gòu)與空間排列規(guī)則均勻，其 長(zhǎng)徑比在104 105數(shù)量級(jí)，應(yīng)用于分子電離氣體放電器件。此類(lèi)器件性能的優(yōu)化, 要求不但電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)高，而且要求電場(chǎng)收斂效應(yīng)作用范圍要大，而且要避免打 火現(xiàn)象。在常壓空氣條件下，當(dāng)?shù)扔赩,-V^14V，暗放電電流為102nA數(shù)量級(jí)，并 且沒(méi)有發(fā)生打火現(xiàn)象，器件工作狀態(tài)穩(wěn)定，能夠用于分子電離式微氣體傳感器。
與一個(gè)作為參照的絲網(wǎng)印刷制備的多壁碳納米管電極相比，當(dāng)納米管大長(zhǎng)徑 比電極形成具有同樣尺寸的電極間隙時(shí)，需要工藝步驟更多、成品率更低，電極 間隙尺寸的確定性大大降低。在相同測(cè)試條件下，本發(fā)明的具體實(shí)施例所述電極 與其相比，起始電壓下降了約5倍，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，無(wú)法將大長(zhǎng)徑比電極 的寬度做得更小，如果使用國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體代工廠2008年能夠代工的45nm最小線寬 的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以在1 3毫米的電極長(zhǎng)度下就實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例所描述的性 能。
本實(shí)施例涉及電極的制造方法之三如下
第一步基片3為玻璃基片，在基片3表面用磁控濺射方法沉積電極材料薄 膜Cr單層膜，厚度為10nm，通過(guò)光刻和Ar氣干法刻蝕技術(shù)完成圖形轉(zhuǎn)移，形 成大長(zhǎng)徑比電極陣列，陣列中每條大長(zhǎng)徑比電極的寬度為500nm，每?jī)蓷l電極的 間距為8Mffl，并在長(zhǎng)度方向上形成兩個(gè)等長(zhǎng)度的部分，兩部分之間的間隙為8陶， 每個(gè)部分的大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度均為1.2cm;
第二步在電極材料表面沉積固態(tài)絕緣材料氧化鋁，厚度為1微米，將包括
電極材料在內(nèi)的整個(gè)基片完全覆蓋；
第三步，大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為5層，依次重復(fù)第一步和第二步，制造5層
大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，形成大長(zhǎng)徑比電極陣列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間的
間距由其間的固態(tài)絕緣材料氧化鋁的厚度決定，其厚度均為l微米；
第四步，使用光刻和濕法刻蝕方法將固態(tài)絕緣材料圖形化，使得每一層氧化 鋁下層的所有電極間隙暴露出來(lái)，并且使得氧化鋁下層除大長(zhǎng)徑比電極材料以外 的所有區(qū)域都暴露出來(lái)，同時(shí)，每一層氧化鋁下層的大長(zhǎng)徑比電極的電極材料仍
然被絕緣材料完全覆蓋。
所用的大長(zhǎng)徑比電極形成了兩個(gè)部分，分別與外電路相連，各自的加載電壓 分別為K和V2，可以在間隙中形成不均勻電場(chǎng)，在電極鄰近區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度高度 增強(qiáng)。
在常壓空氣條件下，當(dāng)?shù)扔贙-V^21V，暗放電電流為IOVA數(shù)量級(jí)，并且沒(méi) 有發(fā)生打火現(xiàn)象，器件工作狀態(tài)穩(wěn)定，能夠用于分子電離式微氣體傳感器。與一 個(gè)作為參照的絲網(wǎng)印刷制備的多壁碳納米管電極相比。本實(shí)施例成品率更高，電 極間隙尺寸的制造精度和設(shè)計(jì)確定性也大大提高。在相同測(cè)試條件下，本發(fā)明的 具體實(shí)施例與所述參照電極相比，起始電壓下降了約5倍，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制， 無(wú)法將大長(zhǎng)徑比電極的寬度做得更小，如果使用國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體代工廠2008年能夠 代工的45nm最小線寬的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以在1 3毫米的電極長(zhǎng)度下就實(shí)現(xiàn)上 述實(shí)施例所描述的性能。
權(quán)利要求
1. 一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極，其特征在于，包括大長(zhǎng)徑比電極、固態(tài)絕緣材料和基片；所述的大長(zhǎng)徑比電極設(shè)置于基片上，其長(zhǎng)度方向彼此平行并且平行于基片；所述的大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為單層或者多層，當(dāng)大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為多層時(shí)，則各層堆疊排列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間填充有固態(tài)絕緣材料，每一層中的每?jī)蓚€(gè)大長(zhǎng)徑比電極之間填充有固態(tài)絕緣材料，但是最上面一層的大長(zhǎng)徑比電極之間不填充有固態(tài)絕緣材料；所述的大長(zhǎng)徑比電極，在長(zhǎng)度方向上分為相互電絕緣的不同部分，每?jī)蓚€(gè)部分之間，存在間隙，其中填充有氣態(tài)或液態(tài)絕緣物質(zhì)，每個(gè)部分的大長(zhǎng)徑比電極全部通過(guò)半導(dǎo)體材料或者導(dǎo)體材料相互連接，再與外電路連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極，其特征是，所述的大長(zhǎng)徑 比電極為導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體材料。
3. —種如權(quán)利要求1所述的大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征在于，包 括以下步驟第一步，在基片表面沉積電極材料薄膜，電極材料薄膜屬于導(dǎo)電材料或者半 導(dǎo)體材料，使用圖形轉(zhuǎn)移方法在基片表面形成一個(gè)或者多個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，作為大長(zhǎng) 徑比電極；第二步，沉積固態(tài)絕緣材料，將電極材料完全覆蓋；第三步，如果大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為多層，依次重復(fù)第一步和第二步，制造 多層大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，形成大長(zhǎng)徑比電極陣列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之 間的間距由其間的固態(tài)絕緣材料的厚度決定；如果是單層大長(zhǎng)徑比電極，則直接 進(jìn)入第四步；第四步，在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使大長(zhǎng)徑比電極斷開(kāi)，并 形成一個(gè)或者多個(gè)電極間隙，斷開(kāi)后的大長(zhǎng)徑比電極的各個(gè)部分仍然處于基片之 上，從而形成一個(gè)或者多個(gè)大長(zhǎng)徑比電極的側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征在于， 包括以下步驟第一步，在基片表面沉積電極材料薄膜，電極材料薄膜屬于導(dǎo)電材料或者半 導(dǎo)體材料，使用圖形轉(zhuǎn)移方法在基片表面形成一個(gè)或者多個(gè)線狀結(jié)構(gòu)，作為大長(zhǎng) 徑比電極，并且，在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使大長(zhǎng)徑比電極斷開(kāi)， 形成一個(gè)或者多個(gè)電極間隙，斷開(kāi)后的大長(zhǎng)徑比電極的各個(gè)部分仍然處于基片之 上，從而形成一個(gè)或者多個(gè)單層的大長(zhǎng)徑比電極的側(cè)壁電極結(jié)構(gòu)，如果是單層大 長(zhǎng)徑比電極，則只有第一步；第二步，沉積固態(tài)絕緣材料，至少將電極材料完全覆蓋；第三步，如果大長(zhǎng)徑比電極的層數(shù)為多層，依次重復(fù)第一步和第二步，制造 多層大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，形成大長(zhǎng)徑比電極陣列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之 間的間距由其間的固態(tài)絕緣材料的厚度決定；第四步，使用圖形轉(zhuǎn)移方法將固態(tài)絕緣材料圖形化，使得基片上所有的電極 間隙都暴露出來(lái)，每次沉積的固態(tài)絕緣材料下層的大長(zhǎng)徑比電極的電極材料必須 被覆蓋。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是， 所述的電極材料薄膜是單一成分的單層薄膜或者是多種成分逐層堆疊形成的多 層薄膜。
6. 如權(quán)利要求3或4所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是， 所述的基片是絕緣材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)體材料、表面覆蓋有絕緣層的半導(dǎo)體材 料或者導(dǎo)體材料，如果基片為導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料，第一步開(kāi)始之前，在基片表 面沉積一層絕緣材料。
7. 如權(quán)利要求3或4所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是， 所述的在沿著垂直于大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度的方向上使電極陣列斷開(kāi)，其方法為激光 切割的方法或圖形轉(zhuǎn)移方法中的一種。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是，所 述的圖形轉(zhuǎn)移方法為下列方法之一① 光刻技術(shù)與選擇性刻蝕技術(shù)相結(jié)合的微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；② 聚焦離子束刻蝕微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；③ 微米壓印或納米壓印微加工圖形轉(zhuǎn)移方法。
9. 如權(quán)利要求3或4所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是， 所述的圖形轉(zhuǎn)移方法為下列方法之一① 光刻技術(shù)與選擇性刻蝕技術(shù)相結(jié)合的微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；② 聚焦離子束刻蝕微加工圖形轉(zhuǎn)移方法；③ 微米壓印或納米壓印微加工圖形轉(zhuǎn)移方法。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種大長(zhǎng)徑比側(cè)壁電極的制造方法，其特征是，所 述的選擇性刻蝕技術(shù)包括濕法刻蝕技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)。
全文摘要
一種電子器件技術(shù)領(lǐng)域的大長(zhǎng)徑比電極的側(cè)壁電極及其制造方法，所述的大長(zhǎng)徑比電極長(zhǎng)度方向彼此平行并且平行于基片，如果電極層數(shù)大于兩層，則各層堆疊排列，每?jī)蓪哟箝L(zhǎng)徑比電極之間填充有固態(tài)絕緣材料，所述的大長(zhǎng)徑比電極，在長(zhǎng)度方向上分為相互電絕緣的不同部分，每?jī)蓚€(gè)部分之間，存在間隙，其中填充有氣態(tài)或液態(tài)絕緣物質(zhì)。所述方法為在基片表面沉積電極材料薄膜，使用圖形轉(zhuǎn)移方法形成大長(zhǎng)徑比電極陣列，如果是單層電極，則直接形成包含電極間隙的圖形，如果是多層電極，則在電極材料表面沉積固態(tài)絕緣材料，制造多層大長(zhǎng)徑比電極的堆疊結(jié)構(gòu)，再形成電極間隙。本發(fā)明電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)更高，且其他電場(chǎng)極化特征能更加可控地加以優(yōu)化。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101383256SQ20081020159
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者侯中宇, 張亞非, 蔡炳初 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)