一種快速無模板的圖形化電極制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的金屬微電極制作方法，具體是一種基于光誘導(dǎo)電沉積的金屬微電極制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬微電極是各種電子器件中必不可少的部分，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝中微電極的制作都是基于昂貴的光刻工藝，光刻工藝具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)商業(yè)化地用于基于硅基地的各種微納電極的制作。光刻的一般工藝流程包括底膜處理，涂膠，前烘，曝光，顯影，堅(jiān)模，刻蝕，去膠，其中根據(jù)曝光的選擇光源的不同可分為紫外線曝光，電子束曝光。然而該工藝由于其設(shè)備昂貴，對(duì)加工環(huán)境要求高，在加工各種圖形的金屬電極之前需要制作復(fù)雜的掩模板，大大增加了工藝的復(fù)雜程度。因此長(zhǎng)久以來，人們都在努力研究一套快速，低成本的電極圖形化制作方法。
[0003]近年來，越來越多的新型的金屬微電極制作技術(shù)被報(bào)道出來，其中主要最具代表性的就是基于激光掃描(laser-scanning)的微電極加工技術(shù),該技術(shù)的加工精度可以到lOOnm下，并且不需要使用物理模板去控制加工形狀，但是由于其加工原理是點(diǎn)式加工，因此其加工速度受到極大的限制，不適用于批量制造。
[0004]金屬電沉積技術(shù)，由于其成本低廉，操作簡(jiǎn)單，已經(jīng)被廣泛用于金屬鍍層加工，金屬表面加工等。然而傳統(tǒng)的電沉積方法，無法實(shí)現(xiàn)沉積的圖形化控制，也就是無法控制沉積出的金屬形狀。如果利用電沉積技術(shù)加工微納尺度的金屬電極，同樣需要利用光刻技術(shù)在基底上加工出微型結(jié)構(gòu)，用于定義電沉積發(fā)生的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了一種快速有效的基于光誘導(dǎo)電沉積的金屬微電極制作方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種快速無模板的圖形化電極制作方法，包括以下步驟:
[0008]在計(jì)算機(jī)內(nèi)制作光斑圖形；將圖形經(jīng)投影儀投影在芯片上形成光斑；信號(hào)發(fā)生器發(fā)出交流信號(hào)給芯片通電；在光斑和通電的雙重作用下設(shè)定時(shí)間內(nèi)，芯片內(nèi)的光敏材料基地上形成金屬電極。
[0009]所述投影亮度為7?10mw/cm2。
[0010]所述芯片為光誘導(dǎo)電沉積芯片，在溶液層注入金屬鹽溶液。
[0011]所述交流信號(hào)為正弦交流信號(hào)，信號(hào)頻率為50?100kHz，幅值為5V。
[0012]所述設(shè)定時(shí)間為20?60s。
[0013]所述信號(hào)發(fā)生器發(fā)出交流信號(hào)給芯片通電具體為:信號(hào)發(fā)生器發(fā)出交流信號(hào)、經(jīng)芯片內(nèi)ΙΤ0玻璃上的ΙΤ0層與氫化非晶硅上的ΙΤ0層給芯片通電。
[0014]所述芯片內(nèi)的光敏材料基地上形成金屬電極具體為:芯片內(nèi)的金屬離子在光斑照射的光敏材料基地上被還原、吸附、沉積形成金屬電極，金屬電極的形狀與入射光斑的形狀一致。
[0015]所述金屬電極的厚度根據(jù)設(shè)定時(shí)間的增長(zhǎng)成線性增厚。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與有益效果為:
[0017]1.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化，程序化的金屬微納電極的制造。
[0018]2.本發(fā)明可以根據(jù)選用不同的鹽溶液沉積出不同的金屬電極以及合金電極。
[0019]3.利用金屬離子在虛擬電極表面能被還原吸附的特點(diǎn)，可以通過控制照在非晶硅層光斑的形狀控制金屬沉積的區(qū)域形狀，制作出各種圖案。利用這種微圖形制作方法，可以不需要物理模板，直接根據(jù)所需的電路結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)光斑即可得到所需的電路。
[0020]4.由于沉積出的金屬電極具有良好的導(dǎo)電性能，并且可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體材料表面上的任意走線設(shè)計(jì)，因此在微型電路和微型器件中有廣泛的應(yīng)用前景。
[0021]5.具有成本低廉，由于大部分光敏材料也是優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體材料，因此可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)基于半導(dǎo)體的器件制造。
[0022]6.本發(fā)明具有較高的加工速度，能夠在20秒左右使得金屬沉積的高度達(dá)到1微米，并且具有良好的導(dǎo)電性。
[0023]7.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了金屬電極的沉積，能夠?qū)崿F(xiàn)電極的形狀可控，沉積速度可控，沉積高度可控。電極的形狀與設(shè)計(jì)的光斑圖形一致。沉積速度隨著金屬鹽溶液的濃度，以及電壓的幅值的增加而增加。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的芯片連接外部電源后的電路原理示意圖；
[0026]圖3為加工出的銀電極的掃面電鏡圖片；
[0027]其中(A)為所采用的光圖形，⑶為利用圖㈧所示光圖形形成的銀電極；
[0028]圖4為銀電極加工的高度與沉積時(shí)間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0030]本發(fā)明涉及一種快速無模板的金屬微電極圖形化制作方法，具體是一種基于光敏材料基底的光誘導(dǎo)電沉積(optically-1nduced electro-deposit1n)原理的金屬電極制作方法。在該方法制作金屬電極(金，銀，銅或者合金)的過程中，利用圖形化軟件設(shè)計(jì)的任意圖形，通過投影設(shè)備和聚焦鏡投射到光敏材料(比如氫化非晶硅)形成光定義電極。在外加電場(chǎng)的作用下，溶液中的金屬離子在光定義電極與電解液的界面處被還原，吸附，沉積形成圖形化的金屬電極。
[0031]利用電腦圖形軟件設(shè)計(jì)出圖形可以直接控制沉積金屬的形狀。具體原理是根據(jù)需要加工的金屬電極的形狀，利用電腦軟件設(shè)計(jì)出相應(yīng)的光斑圖形，通過投影和聚焦鏡投射到光敏材料上，形成一組光定義的虛擬電極。在外加電流的作用下，溶液中的金屬離子會(huì)在光定義區(qū)域被還原成金屬單質(zhì)，并吸附和沉積在光定義區(qū)域，形成金屬電極。
[0032]1.利用電腦圖形軟件(如f lash、ppt等)設(shè)計(jì)出所需沉積的金屬形狀；通過投影和聚焦鏡投射到光敏材料上。
[0033]2.光敏材料在光照(投影亮度為7?lOmw/cm2)的作用下，電導(dǎo)率會(huì)有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的增加，從10 9S/m上升至10 3S/m。使得光照區(qū)域形成一組光定義的虛擬電極。
[0034]3.在組裝好的光誘導(dǎo)電沉積芯片中注入金屬鹽溶液。
[0035]4.在外加電流的作用下，溶液中的金屬離子會(huì)在光定義虛擬電極表面被還原成金屬單質(zhì)，并吸附和沉積在光定義區(qū)域，形成金屬電極。形成的金屬電極的形狀與設(shè)計(jì)的光斑形狀相同。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括一個(gè)用于設(shè)計(jì)光圖形的電腦，一個(gè)投影儀，一個(gè)聚光鏡，一個(gè)用于產(chǎn)生交流信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器以及用于電極制作的光誘導(dǎo)電沉積芯片。電腦與投影儀連接，投影儀的投影口朝上，上面設(shè)有聚光鏡，聚光鏡的出光口上設(shè)有置于三維移動(dòng)平臺(tái)上的光誘導(dǎo)電沉積芯片，該芯片與信號(hào)發(fā)生器連接。