CN101339162A - 基于微加工技术的介质阻挡微放电结构 - Google Patents

Abstract

一种微电子技术领域的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构。本发明包括：衬底、介电质、微电极单元、所述的微电极单元设置在衬底上，所述的微放电结构由相邻的一对或多对阴阳微电极单元组成，所述的介电质覆盖在微放电单元。本发明适用微电子加工技术加工，能有效的抑制测试气体的击穿电流的自由增长，从而使传感器单元工作更加稳定和安全，延长了其使用寿命。

Description

基于微加工技术的介质阻挡微放电结构

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的微放电结构，具体地说，涉及的是一种基于微加工技术的介质阻挡微放电结构。

背景技术

在人们的日常生活中，气体放电的应用十分广泛，比如放电型气体传感器以及介质阻挡放电光源等等。但是在常温大气压下，气体需要几千甚至上万伏的电压才能形成稳定的放电。由浙江大学的惠国华等设计的基于定向碳纳米管气体放电结构，能将大气压下气体暗放电的工作电压降低至500V以下，使得利用碳纳米管在气体中的击穿电压和放电电流的测量对气体定性定量检测的可行性和实用性大大提高。而西安交通大学的刘君华等设计的自持暗放电碳纳米管薄膜气体传感器能进一步将气体自持暗放电的工作电压降至200V以下。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利“基于微电子加工技术的电离气体传感器微阵列结构”(专利号：ZL 200510112218.7，公开号CN1808111A)，该专利自述为“包括，衬底、微电极阵列、微电极条单元、传感器单元，其特征在于，所述的微电极阵列设置在衬底上，微电极阵列包括多个微电极条单元，每对相邻阴阳电极条构成侧壁电极对，作为产生可控电场的结构，从而构成一个传感器单元，多个传感器单元组成微电极阵列，依据各个传感器单元内的相邻阴阳电极条的平面几何形状与间距是否相同，传感器单元分为等同单元和相异单元，等同单元是指两个单元内的相邻阴阳电极条的平面几何形状与间距完全相同，相异单元是指两个单元内的相邻阴阳电极条的平面几何形状或者间距不同。”该技术应用微加工技术得到微小间距，结合一维纳米材料在尺度效应下的电场收敛作用，大大地降低了器件的工作电压。但是对于上述通过电离在微结构电场中的气体分子并由此而产生气体放电，都有可能因为放电电流得不到抑制而自由增长进而损坏敏感元件，从而降低其使用寿命和工作可靠性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，在利用微加工技术小尺寸的优势大幅度降低气体放电工作电压的同时，又能通过阻挡介质来抑制带电粒子输运微电流的自由增大，从而保护敏感元件，进而提高器件工作的稳定性和延长其使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：衬底、介电质、微电极单元、微放电单元，所述的微电极单元设置在衬底上，所述的微放电单元由相邻的一对阴阳微电极单元组成，所述的介电质覆盖在微放电单元。

所述的微放电单元，为由一对或多对微电极单元组成的阴阳电极对，电极对中至少有一个微电极表面附着有所述的一层介电质。

所述的介电质，其材料为有机或无机的绝缘或者半导体材料。

所述的微电极单元，包括导电性能良好的材料制得的微电极或在所制得的微电极表面附着一层一维纳米材料的结构。所述导电性能良好的材料，例如金、铝、镍、铜、铂、银。所述一维纳米材料，例如碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线。

本发明介质阻挡放电结构中由于绝缘介质的存在，能聚集气体放电时产生电荷形成与外加电场极性相反的自建电场，从而限制了放电电流的自由增长，因此电极间的火花和弧光形成也被阻止，结合微加工技术的小尺度的特点，进而能够在基本不影响其放电特性的同时对器件进行保护。

本发明提出的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构继承了基于微电子加工技术在尺度上的优势，包括极低的工作电压、较大的信号强度和可靠性，并通过介质阻挡放电进一步提高了器件工作的稳定性和安全性。同时，与传统的大尺寸电极上形成介质阻挡放电结构相比，在所述的微结构下实现介质阻挡放电结构将更便捷，更容易实现。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图；

其中：一对电极上均覆盖有介质层。

图2是本发明实施例二结构示意图；

其中：仅一个电极覆盖有介质层。

图3是本发明实施例微放电单元在覆盖介电质的前后对空气的电压-放电电流曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例包括：衬底1、介电质2、微电极单元3、微放电单元4，所述的微电极单元3设置在衬底1上，所述的微放电单元4由相邻的一对阴阳微电极单元3组成，所述的介电质2覆盖在微放电单元4。

所述的衬底1，为表面绝缘性能很高的衬底，包括玻璃、高阻硅和其他绝缘衬底。

所述的介电质2，采用的材料包括氧化物、氮化物，也可以是其他有机、无机的绝缘或半导体材料。

所述的微电极单元3，包括导电性能良好的材料制得的微电极或在所制得的微电极表面附着一层一维纳米材料的结构。其中：导电性能良好的材料为金、铝、镍、铜、铂、银中一种；一维纳米材料为碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线中一种。

所述的微放电单元4，为由一对所述的微电极单元组成的阴阳电极对，其中两个微电极表面均附着有所述的一层一维纳米材料。

所述的介电质2覆盖在微放电单元4，为所述的介电质2覆盖在所述的微放电单元4的两个微电极单元上。

在工作状态下，阵列中每个单元的阴阳两电极之间的间隙即会产生局部静电场。当该局部电场强度达到使目标气体发生气体放电的特征值时，单元中的电极间就会形成微电流通道。由于绝缘介电材料的存在限制了放电电流的自由增长，因此电极间的火花和弧光形成也被阻止，进而能够对器件进行保护。

实施例二

如图2所示，本实施例包括：衬底1、介电质2、微电极单元3、微放电单元4，所述的微电极单元3设置在衬底1上，所述的微放电单元4由相邻的一对阴阳微电极单元3组成，所述的介电质2覆盖在微放电单元4。

所述的衬底1，为表面绝缘性能很高的衬底，包括玻璃、高阻硅和其他绝缘衬底。

所述的介电质2，采用的材料包括如：二氧化硅、氧化铝、氮化铝、二氧化钛、聚酰亚胺、SU8胶、Parylene(聚对二甲苯)，也可以是其他有机、无机的绝缘或半导体材料。

所述的微电极单元3，包括导电性能良好的材料制得的微电极或在所制得的微电极表面附着一层一维纳米材料的结构。其中：导电性能良好的材料为金、铝、镍、铜、铂、银中一种；一维纳米材料为碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线中一种。

所述的微放电单元4，为由一对所述的微电极单元组成的阴阳电极对，其中有一个微电极表面附着有所述的一层一维纳米材料。

所述的介电质2覆盖在微放电单元4，为所述的介电质2覆盖在所述的微放电单元4其中的一个微电极单元上，如图2所示为所述的未附着一维纳米材料的微电极表面上。

在工作状态下，与实施例一相似，阵列中每个单元的阴阳两电极之间的间隙即会产生局部静电场。当该局部电场强度达到使目标气体发生气体放电的特征值时，单元中的电极间就会形成微电流通道。由于其中一个电极上的绝缘介电材料的存在限制了放电电流的自由增长，因此电极间的火花和弧光形成也被阻止，同样能够对器件进行保护。

图3是本发明实施例所述的表面都附着有一层一维纳米材料的一对微电极组成的传感器单元在覆盖介电质的前后对空气的电压-放电电流曲线。覆盖介电质之前，传感器单元的空气击穿电流未能得到抑制，能形成较大的电流，因此可能会引起器件的损坏。而覆盖有介电质的传感器单元能有效的抑制击穿电流的增大，将其控制在一定的数值，从而提高了传感器单元工作的安全性和稳定性，延长其使用寿命。

Claims (7)

1.一种基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，包括：衬底(1)、微电极单元(3)，其特征在于，还包括介电质(2)，所述的微电极单元(3)设置在衬底(1)上，所述的微放电单元(4)由相邻的一对或多对阴阳微电极单元(3)组成，所述的介电质(2)覆盖在微放电单元(4)。

2.根据权利要求1所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的微放电单元(4)，为由一对或多对微电极单元(3)组成的阴阳电极对，电极对中至少有一个微电极表面附着有所述的一层介电质(2)。

3.根据权利要求1或2所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的介电质(2)，其材料为有机或无机的绝缘或者半导体材料。

4.根据权利要求3所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的介电质(2)，其材料为二氧化硅、二氧化钛，氧化铝，氮化铝或者是聚酰亚胺、SU8胶、聚对二甲苯Parylene中一种。

5.根据权利要求1所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的微电极单元(3)，包括导电材料制得的微电极，或包括导电材料制得的微电极，以及在微电极表面附着一层一维纳米材料的结构。

6.根据权利要求5所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的导电材料为金、铝、镍、铜、铂、银中一种。

7.根据权利要求5所述的基于微加工技术的介质阻挡微放电结构，其特征是，所述的一维纳米材料为碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线中一种。

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