CN103794524B - 一种在驻极体上图形化驻极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于微电子技术领域的一种在驻极体上图形化驻极的方法。本发明的方法为在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的；驻极体材料的表面电位通过掩模材料层图案被图形化，从而简化了模式的过程。掩模材料层图案的线宽由光刻工艺的能力确定。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种在驻极体上图形化驻极的方法。
背景技术
到目前为止，振动能量收集器件有三种主要的机制：压电(J.Kymissis,C.Kendall,J.Paradiso,N.Gershenfeld,“ParasiticPowerHarvestinginShoes”,inProc.4thInt.Conf.Mater.Eng.Resources,2001,pp.202-207)，电磁(C.R.Saha,T.O’Donnell,H.Loder,S.Beeby,andJ.Tudor,"OptimizationofanElectromagneticEnergyHarvestingDevice",IEEETrans.Magnet.,vol.42,No.10,Oct.2006)和静电(Y.Naruse,N.Matsubara,K.Mabuchi,M.Izumi,K.Honma,"Electrostaticmicropowergeneratorfromlowfrequencyvibrationsuchashumanmotion",inProceedingsofPowerMEMS2008+microEMS2008,Sendai,Japan,November9-12,(2008),pp19-22.)。许多静电式结构具有低的工作频率，频带宽的优点，和微加工工艺的兼容性(M.Edamoto,Y.Suzuki,N.Kasagi,K.Kashiwagi,Y.Morizawa,T.Yokoyama,T.Seki,M.Oba"Low-Resonant-FrequencyMicroElectretGeneratorforEnergyHarvestingApplication",inProc.IEEEMEMS2009,pp.1059–1062。Y.Sakane,Y.Suzuki,andN.Kasagi,"TheDevelop-mentofHigh-performancePerfuluorientedPolymerElectretFilmandItsApplicationtoMicroPowerGeneration",J.Micromech.Microeng.,Vol.18,104011,2008.)。为了获得更高的输出功率和简单的器件结构，驻极体和梳形电极被人们所广泛应用(E.Halvorsen,E.R.Westby,S.Husa,A.Vogl,N.P.Ostbo,V.Leonov,T.Sterken,andT.Kvisteroy,“AnElectrostaticEnergyHarvesterwithElectretBias”,inIEEETransducers2009,Jun.21–25,2009,pp.1381–1384.)。在这种情况下，驻极体材料是需要的图案和收取梳形形成周期性的静电场。
然而，有些材料，由于其惰性的化学性质(如聚四氟乙烯)，难以通过常规的蚀刻过程获得图案。这严重限制了其在静电结构中的其应用。以前报道的方法(S.W.Liu,S.W.Lye,andJ.M.Miao,“Sandwichstructuredelectrostatic/electretsparallel-platepowergeneratorforlowaccelerationandlowfrequencyvibrationenergyharvesting”,inProc.IEEEMEMS2012,pp.1277-1280；M.Suzuki,T.Wada,T.Takahashi,“FabricationofNarrowComb-ShapedElectretbyRemovingChargeUsingExcimerLaserBeamfromCharge-ImplantedCYTOPFilmforAvoidingElectrostaticRepulsionProblem”,inProc.IEEEMEMS2012,pp.1229-1232.V.Leonov,R.vanSchaijk,andC.VanHoof,“ChargeRetentioninaPatternedSiO2/Si3N4Electret”,IEEESensorsJournal,13(9)2013,pp3369-3376)，难以通过刻蚀对驻极体材料进行图形化。例如聚四氟乙烯材料。而聚四氟乙烯材料相比其他材料，价格低廉，具有很高的电阻率，驻极性能更加优秀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在驻极体上图形化驻极的方法。
本发明方法的原理是在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的。
一种在驻极体上图形化驻极的方法，包含以下步骤：
(1)选取掩蔽材料，为在驻极过程中被其覆盖的驻极体不被驻极的材料；
(2)在驻极体上旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形；
(3)在上述图形化的驻极体上生长掩蔽材料，去除光刻胶，完成对掩蔽材料图形化剥离，得到图形化生长掩蔽材料的驻极体；
(4)进行驻极。
所述掩蔽材料的选择方法为：将掩蔽材料称为短寿命驻极体，将要图形化驻极的驻极体称为长寿命驻极体，选择原则为：在经过驻极之后，放置在同一环境下，短寿命驻极体表面电位衰减至刚刚驻极时初值的50％所需的时间小于长寿命驻极体表面电位衰减至其刚刚驻极时初值的50％所需时间的20％。
所述掩蔽材料为二氧化硅或氮化硅。
所述驻极体为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯或含氟树脂。
本发明的方法为在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的；驻极体材料的表面电位通过掩模材料层图案被图形化，从而简化了模式的过程。掩模材料层图案图案的线宽由光刻工艺的能力确定。
附图说明
图1为图形化驻极工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过附图和具体实例对本发明的方法进行详细说明。
实施例
如图1所示的图形化驻极工艺流程图，采用SiO2作为掩蔽材料。采用等离子体处理-光刻-淀积-剥离的工艺路线。
本发明的在驻极体上图形化驻极的方法如下：
(1)、将聚四氟乙烯胶带(3MTM聚四氟乙烯薄膜胶带5480)粘在导电衬底作为驻极体膜。
(2)、在20Pa压力，常温，射频功率20W的条件下用氮气等离子体处理聚四氟乙烯胶带。
(3)、旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形。
(4)、用PECVD(等离子增强化学汽相淀积)方法在经过光刻图形化的胶带表面生长二氧化硅薄膜。
(5)、利用剥离技术，用丙酮浸泡方法去除光刻胶，完成对二氧化硅薄膜的图形化剥离。
(6)、电晕驻极，针尖和栅网的电压分别-7000V和-700V，这是由两个直流电压源产生的。样品由热板进行加热，温度为110℃。方法具体见(江键,夏钟福.聚丙烯驻极体的恒流源电晕充电[J].功能材料,1993,3:007。)
在本实施例中，经测定，SiO2层驻极之后衰减至初始电位的50％耗时小于10分钟；而聚四氟乙烯胶带经历40天仍其表面电位仍高于初始电位的95％。因此SiO2层可以作为短寿命驻极体，而聚四氟乙烯胶带可以作为长寿命驻极体。
由于聚四氟乙烯的表面能很低，不能直接涂覆光刻胶。如图1b显示，对聚四氟乙烯膜进行预处理，通过氮等离子体或其他等离子体提高表面能和改善润湿性并旋涂光刻胶。
然后，采用电晕驻极的方法在均匀电场中充电。
Claims (3)
1.一种在驻极体上图形化驻极的方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)选取掩蔽材料，为在驻极过程中被其覆盖的驻极体不被驻极的材料；
(2)在驻极体上旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形；
(3)在上述图形化的驻极体上生长掩蔽材料，去除光刻胶，完成对掩蔽材料图形化剥离，得到图形化生长掩蔽材料的驻极体；
(4)进行驻极；
所述掩蔽材料的选择方法为：将掩蔽材料称为短寿命驻极体，将要图形化驻极的驻极体称为长寿命驻极体，选择原则为：在经过驻极之后，放置在同一环境下，短寿命驻极体表面电位衰减至刚刚驻极时初值的50％所需的时间小于长寿命驻极体表面电位衰减至其刚刚驻极时初值的50％所需时间的20％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩蔽材料为二氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驻极体为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯或含氟树脂。
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