CN102110563B - 铝基底新型共面微腔等离子体器件 - Google Patents
铝基底新型共面微腔等离子体器件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铝基底新型共面微腔等离子体器件，纯铝或铝合金为基底，圆柱形的微腔通孔单元呈阵列排布，阵列中行与行之间的间距大于列与列之间的间距，并且每个微腔通孔单元周围都有一层各向同性的氧化铝薄膜层；氧化铝薄膜层的厚度大于阵列中列与列的间距，而小于行与行的间距；这样每行微腔通孔单元中相邻两个微腔通孔单元之间就都完全被氧化铝薄膜层填充，而相邻两行微腔通孔单元之间则只有一部分被氧化铝薄膜层填充，这就构成了共面型电极结构，每行微腔通孔单元之间剩余的铝层作为维持电极，埋藏在氧化铝薄膜层的介质层内，可以得到较好的保护，这样就可以在每行微腔通孔单元的上下两侧加上驱动电压，实现介质阻挡放电。
Description
技术领域
本发明提出一种铝基底新型共面微腔等离子体器件，这种器件的放电单元结构以纯铝或铝合金为基底，且特征尺寸在200微米以下。
背景技术
传统大气压附近的弱电离等离子体非常不稳定，特别容易产生弧光放电。但是，将工作气体限制在微米级的空间中，就可以产生稳定的辉光放电。此类放电通常被称为“微等离子体”，也叫“微腔等离子体”。微腔等离子体器件的放电尺寸一般在10μm到150μm之间，放电类型属于介质阻挡放电。早期器件中微腔尺寸一般为几百微米，最近已经减小到几十微米，并且有减小到十微米以下的趋势。微等离子体具有弱电离、边界主导现象和高粒子浓度等独有特征，近年来得到了越来越多研究人员的重视。
最初的微等离子体器件是从微中空电极器件发展而来，因此早期的微等离子体通常被称为中空电极放电。随着器件结构的发展，微等离子体已经脱离中空电极放电而成为一种新的放电类型。微等离子体器件的结构有许多种，其中最常使用的是金属/介质/金属三层结构，许多放电特性的研究就是基于此结构。微腔等离子体器件结构包括微腔结构和电极结构，而其中主要的不同之处在于电极结构。按照不同的结构特点，可以将器件结构分为多层电极结构、对向电极结构和共面电极结构三种主要类型。本发明提出的结构就是属于对向电极结构。
微等离子体的应用发展很快，常被用作紫外线辐射源和离子源。在环境治理方面主要用于处理废气和可挥发性有机物。半导体材料硅上制作的微等离子器件出现之后，利用等离子体和半导体界面对入射光线的敏感性，可以制作出小型光探测器件。在等离子体刻蚀方面，通过点亮指定区域的微等离子体阵列单元，可以实现无掩膜光刻。在等离子体喷射方面，微等离子体由于其等离子体密度较高而有明显的优势，目前在此方面的研究也逐渐成为热点。
发明内容
本发明的目的是提出一种铝基底新型共面微腔等离子体器件，这种器件的放电单元结构可以应用于多种领域尤其是PDP方面。
本发明的技术方案是这样实现的：
该器件以铝合金或纯铝为基底，圆柱形的微腔通孔单元呈阵列排布，阵列中行与行之间的间距大于列与列之间的间距，并且每个微腔通孔单元周围有一层各向同性的氧化铝薄膜层；氧化铝薄膜层的厚度小于阵列中列与列之间间距的一半，同时也小于行与行的间距的一半；阵列中每行微腔通孔单元中相邻两个微腔通孔单元之间就完全被氧化铝薄膜层填充，而相邻两行微腔通孔单元之间则只有一部分被氧化铝薄膜层填充，这就构成了共面型电极结构，在每行微腔通孔单元的上下两侧加上驱动电压，实现介质阻挡放电。
所采用的铝基底可采用纯铝或铝合金，铝基底厚度在50-200微米。
微腔通孔单元的尺寸在50微米到1毫米之间。
在微腔通孔单元的阵列中，列与列之间的间距在5-80微米，而行与行之间的间距在80微米以上。
每个微腔通孔单元周围都有一层5-80微米厚的氧化铝薄膜层，用作介质阻挡层。
每一行的每两个相邻微腔通孔单元之间完全被氧化铝薄膜层填充，每行微腔通孔单元的上下两侧不导通，加上正负维持电极，用来维持放电。
采用每行微腔通孔单元之间剩余的铝层做为维持电极，维持电极在一个平面内，发生共面放电。
每行微腔单元之间的维持电极都埋藏在氧化铝薄膜层的介质层内。
在铝基底的上下两面分别加上底电极和ITO玻璃，向微腔通孔单元中充入氖气或氩气等惰性气体，实现微腔通孔单元的介质阻挡放电。
本发明提出的铝基底新型共面微腔等离子体器件，在纯铝或铝合金上制作出微腔通孔单元的阵列，用作等离子体放电单元；然后把微腔通孔单元周围的铝层氧化出一层氧化铝薄膜，用作阻挡介质。这种方法制作出来的新型放电单元结构，能有效的提高发光效率，大大简化等离子体显示器件的生产工艺，提高等离子体显示器件的分辨率，具有良好的应用前景。
这种铝基底新型共面微腔等离子体器件最大的优点在于整个放电单元可以制作在一层铝基底上，制作工艺简单，能大大节约成本。
附图说明
图1是圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的立体截面图；
图2是圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的横向截面图；
图3是圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的纵向截面图；
图4是圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；
图5是菱形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；
图6是椭圆形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；
图7是矩形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；
下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。
具体实施方式
图1所示为圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的立体截面图。图中100为氧化铝器壁，110为微腔单元，140为左侧维持电极，150为右侧维持电极。它是这样实现的：选取50-200微米厚的纯铝或铝合金，先采用表面打磨、机械抛光等方法进行处理，使其表面光滑平整；然后按照所需微腔通孔的形状，选用圆形图案的模板进行光刻，将不需打孔的地方用光刻胶保护起来；接着采用电化学刻蚀的方法，用盐酸、硫酸或者磷酸等刻蚀液，加上恒定电流进行刻蚀，在未被光刻胶保护的地方刻蚀出通孔，刻蚀完毕之后去掉光刻胶，这样就在铝层上制作出了微腔通孔单元；随后采用草酸等溶液进行电化学阳极氧化，在每个微腔通孔单元周围氧化出一层氧化铝薄膜；最后充入氖气或氩气等惰性气体，加上带有ITO电极的玻璃基板，就可以实现微等离子体共面放电。
从图1中可以看出，每一个微腔通孔单元周围的铝层都氧化成了氧化铝薄膜层。这层氧化铝薄膜层主要起两个作用：一是作为一个绝缘层，提供介质阻挡放电的阻挡层；二是将每行微腔通孔单元上下隔绝起来，从原来的相互连通，变为上下绝缘，这样每行微腔通孔单元上下两侧的铝层可以作为天然的维持电极，从而大大降低了放电单元结构的复杂性，起到节约成本的作用。
图2为圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的横向截面图，图中120为上基板玻璃，130为下基板玻璃。从图中可以看出，同一行之中相邻微腔通孔单元之间的铝层，即器壁都完全氧化成了氧化铝薄膜层，起到了隔绝上下维持电极和介质阻挡层的作用。
图3是圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的纵向截面图，从图中可以看出，相邻两行微腔通孔单元之间的铝层部分被氧化成了氧化铝薄膜层，剩余的铝层用来做维持电极。
图5是菱形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；相对于圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构，它的微腔通孔单元的形状为菱形，其余结构与圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构相同。
图6是椭圆形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；相对于圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构，它的微腔通孔单元的形状为椭圆形，其余结构与圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构相同。
图7是矩形铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构的俯视截面图；相对于圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构，它的微腔通孔单元的形状为矩形，其余结构与圆型铝基底新型共面微腔等离子体器件的放电单元结构相同。
本发明提出的铝基底新型共面微腔等离子体器件，以厚度为50-200微米的纯铝或铝合金为基底。尺寸在50微米到1毫米的圆柱形的微腔通孔单元呈阵列排布，阵列中行与行之间的间距大于列与列之间的间距，并且每个微腔通孔单元周围都有一层各向同性的氧化铝薄膜层；氧化铝薄膜层的厚度小于阵列中列与列之间间距的一半，同时也小于行与行的间距的一半；这样每行微腔通孔单元中相邻两个微腔通孔单元之间就都完全被氧化铝薄膜层填充，而相邻两行微腔通孔单元之间则只有一部分被氧化铝薄膜层填充，这就构成了共面型电极结构，每行微腔通孔单元之间剩余的铝层作为维持电极，埋藏在氧化铝薄膜层的介质层内，可以得到较好的保护，这样就可以在每行微腔通孔单元的上下两侧加上驱动电压，实现介质阻挡放电。
这种铝基底新型共面微腔等离子体器件之中，每一行的微腔通孔单元之间的间距在5-80微米的范围；而相邻两行微腔通孔单元之间的间距在80微米以上。微腔通孔单元周围的氧化铝薄膜层厚度大于微腔通孔单元阵列中列与列之间的间距，而小于行与行之间的间距，这就保证了微腔通孔单元阵列中列与列之间完全被氧化铝填充，而行与行之间则只有一部分被氧化铝薄膜层填充。行与行之间剩余下来的铝基底可以用来做为维持电极，并且埋藏在氧化铝薄膜层介质层内，能受到很好的保护。
Claims (9)
1.铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于：该器件以铝合金或纯铝为基底，圆柱形的微腔通孔单元（110）呈阵列排布，阵列中行与行之间的间距大于列与列之间的间距，并且每个微腔通孔单元（110）周围有一层各向同性的氧化铝薄膜层（100）；氧化铝薄膜层（100）的厚度等于阵列中列与列之间间距的一半，同时也小于行与行的间距的一半；阵列中每行微腔通孔单元（110）中相邻两个微腔通孔单元（110）之间就完全被氧化铝薄膜层（100）填充，而相邻两行微腔通孔单元（110）之间则只有一部分被氧化铝薄膜层（100）填充，这就构成了共面型电极结构，在每行微腔通孔单元（110）的上下两侧加上驱动电压，实现介质阻挡放电。
2.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，所采用的铝基底采用纯铝或铝合金，铝基底厚度在50-200微米。
3.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，微腔通孔单元（110）的尺寸在50微米到1毫米之间。
4.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，在微腔通孔单元（110）的阵列中，列与列之间的间距在5-80微米，而行与行之间的间距在80微米以上。
5.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，每个微腔通孔单元（110）周围都有一层5-80微米厚的氧化铝薄膜层（100），用作介质阻挡层。
6.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，每一行的每两个相邻微腔通孔单元（110）之间完全被氧化铝薄膜层（100）填充，每行微腔通孔单元（110）的上下两侧不导通，加上正负维持电极，用来维持放电。
7.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，采用每行微腔通孔单元（110）之间剩余的铝层做为维持电极，维持电极在一个平面内，发生共面放电。
8.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，每行微腔单元（110）之间的维持电极都埋藏在氧化铝薄膜层（100）的介质层内。
9.根据权利要求1所述的铝基底新型共面微腔等离子体器件，其特征在于，在铝基底的上下两面分别加上底电极和ITO玻璃，向微腔通孔单元（110）中充入氖气或氩气等惰性气体，实现微腔通孔单元（110）的介质阻挡放电。
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